El déficit hídrico es actualmente uno de los factores limitantes más importantes para la productividad agrícola mundial, un factor que se ve agravado por el cambio climático global, según un informe sobre el agua de 2019 de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO). Como resultado, los investigadores de todo el mundo han estado trabajando para mejorar la eficiencia del uso del agua en los cultivos para hacer frente a las condiciones de escasez de agua.
En un estudio reciente publicado en la revista Journal of Experimental Botany, un equipo de la Universidad de Illinois, el Centro Volcani (Organización de Investigación Agrícola, Israel) y la Universidad de Cambridge, descubrió que, sobreexpresando una enzima sensible a los azúcares, llamada hexocinasa, en plantas de tabaco cultivadas en el campo, podían mejorar la eficiencia intrínseca del uso del agua (iWUE) sin disminuir las tasas fotosintéticas ni la producción de biomasa.
Se utilizó el tabaco como cultivo modelo porque es relativamente fácil de trabajar en el laboratorio, el invernadero y el campo. Los resultados en este cultivo pueden verse a un ritmo mucho más rápido que en los cultivos alimentarios, que son más difíciles y requieren más tiempo para modificarlos y cultivarlos. Por lo tanto, se eligió el tabaco como cultivo de prueba inicial para ver si se podían demostrar resultados similares. Una vez demostrado el éxito en el cultivo modelo, los investigadores podrán reflejar con confianza los avances en los cultivos alimentarios, como la yuca, el caupí, el arroz y la soja.
Este estudio demuestra el potencial de generar plantas con un uso más conservador del agua a lo largo de la temporada de crecimiento en condiciones de campo y con una limitación moderada del agua, sin una penalización significativa del rendimiento. Para los agricultores, esto podría disminuir el agotamiento del agua del suelo a lo largo de la temporada de cultivo y reducir la dependencia del riego.
Durante la fotosíntesis, las plantas abren pequeños poros en sus hojas, llamados estomas, para absorber CO₂
Este trabajo forma parte de Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), un proyecto de investigación internacional cuyo objetivo es aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de forma más eficiente, con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Foundation for Food & Agriculture Research y el Ministerio de Relaciones Exteriores, Commonwealth y Desarrollo de Reino Unido.
Durante la fotosíntesis, las plantas abren pequeños poros en sus hojas, llamados estomas, para absorber CO₂. Sin embargo, cuando los poros están abiertos, el agua también se escapa a través de la transpiración. De este modo, las plantas tienen que elegir entre perder demasiada agua o absorber CO₂.
"Los poros estomáticos consisten en un par de células guardianas que controlan la apertura y el cierre de los poros", dijo Liana Acevedo-Siaca, que dirigió este estudio en Illinois durante su tiempo como investigadora postdoctoral. "Estudios anteriores han demostrado que la manipulación genética de los elementos de señalización que desencadenan el movimiento estomático, como la sobreexpresión de la Hexokinasa 1 de Arabidopsis (AtHXK1) en las células guardianas, puede estimular el cierre estomático y ajustar esa compensación para las plantas." Acevedo-Siaca trabaja ahora como científico asociado en el Programa Global de Trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México.
Anteriormente se demostró que la expresión de AtHXK1 dirigida a las células guardianas puede mejorar el WUE en los cultivos, así como su tolerancia a las condiciones de sequía y al estrés por salinidad, porque la hexoquinasa señala a los poros que hay suficiente azúcar, eliminando la necesidad de fijar más CO₂. Sin embargo, estos estudios anteriores sólo se evaluaron en cultivos cultivados en entornos controlados, como los invernaderos.
"Para mejorar nuestra comprensión de los beneficios potenciales de la AtHXK1 dirigida a las células guardianas, nuestro estudio utilizó dos líneas transgénicas homocigóticas que expresaban AtHXK1 y una línea que tenía una sobreexpresión de AtHXK1 dirigida a las células guardianas, que se evaluaron en relación con el tabaco con el gen natural cultivado en el campo para probar la WUE para los rasgos relacionados con la fotosíntesis y el rendimiento", dijo Johannes Kromdijk, profesor asistente de la Universidad de Cambridge, que comenzó este estudio en 2018. "Nuestros resultados confirmaron que la sobreexpresión constitutiva de AtHXK1 disminuye la productividad. También demostramos que la sobreexpresión de AtHXK1 dirigida a las células guardianas podría mejorar el iWUE en relación con la planta con el gen natural sin impactar negativamente en la asimilación de CO₂. Aun así, esta diferencia dependía en gran medida de la edad de las hojas, y las lluvias recientes podrían eliminar las diferencias de rendimiento."
El proyecto RIPE y sus patrocinadores se han comprometido a garantizar el Acceso Global y a poner las tecnologías del proyecto a disposición de los agricultores que más las necesitan.
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