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Agricultura 31 de Agosto de 2016

Plantas transgénicas con mejor uso de nitrógeno: beneficios económicos y ambientales

A pesar de que el nitrógeno conforma un 78% de la atmósfera, no está fácilmente disponible para las plantas.

Agricultura 31 de Agosto de 2016

Plantas transgénicas con mejor uso de nitrógeno: beneficios económicos y ambientales

A pesar de que el nitrógeno conforma un 78% de la atmósfera, no está fácilmente disponible para las plantas.

Montevideo/TodoElCampo – El nitrógeno es uno de los macronutrientes primarios que las plantas necesitan para su ciclo de vida y supervivencia, aparte de otros como el fósforo y el potasio. Es muy importante en las etapas de crecimiento y desarrollo, especialmente en los procesos metabólicos como la producción de ácidos nucleicos, proteínas y otras moléculas. Es también un componente básico la clorofila, un pigmento de color verde que es vital para el proceso de fotosíntesis – proceso en el cual las plantas producen su propio alimento y además liberan oxígeno al ambiente.

A pesar de que el nitrógeno conforma un 78% de la atmósfera, no está fácilmente disponible para las plantas. Puede ser utilizado por algunas plantas (como las leguminosas y algunos arbustos leñosos) cuando es convertido en amoníaco tras su fijación por bacterias simbióticas del suelo – que sintetizan moléculas que contienen nitrógeno. El resto de plantas deben obtener el nitrógeno disponible en el suelo. Sin embargo, el uso frecuente de los suelos agrícolas agota el nitrógeno disponible, por lo cual deben aplicarse fertilizantes.

Hasta inicios del siglo XX se usó a nivel global el salitre chileno para fertilizar los cultivos, y desde el descubrimiento de los fertilizantes de nitrógeno sintético en 1910, su uso aumentó de forma exponencial, generando un fuerte impulso en los rendimientos agrícolas. Sin embargo, sólo un 30 a 50% del nitrógeno aplicado es absorbido por las plantas y el desperdicio restante produce considerables impactos negativos en el medio ambiente. Por ejemplo, estos excesos pueden infiltrarse en aguas subterráneas o ser arrastrados a cursos de agua, donde contribuyen a la floración de algas con una consecuente hipoxia (reducción del oxígeno en el agua), lo cual conduce a una pérdida significativa de la vida acuática y biodiversidad; además, contribuye al agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global.

Es por esto que los científicos buscan nuevas estrategias favorables para elevar los rendimientos de una forma ambientalmente sustentable, ya sea reduciendo la necesidad del uso de fertilizante y/o maximizando laeficiencia de uso de nitrógeno (EUN) de los cultivos. Este último enfoque se ha llevado a cabo con herramientas tradicionales, basadas en la utilización de la variación alélica existente para los rasgos de EUN en diversas plantas, y también por ingeniería genética.

MEJORAMIENTO DE EUN CON INGENIERÍA GENÉTICA.

Mejorar la eficiencia de uso del nitrógeno en cultivos agrícolas mediante ingeniería genética requiere manipular varios genes implicados en la absorción de nitrógeno, translocación, y la removilización; metabolismo del carbono; objetivos de señalización; y elementos reguladores. Se han descubierto varios genes (provenientes de diferentes organismos) que controlan estos procesos y se ha investigado si su manipulación puede conducir a un uso más eficiente del nitrógeno en plantas. Algunos ejemplos son los genes nif de Escherichia coli, gen GS1 de tabaco, genes AS1 y STP13 de Arabidopsis, gen Dof1 del maíz, gen NADH-GOGAT1 del arroz y gen AlaAT de cebada.

A continuación les presentamos una tabla que resume los principales cultivos desarrollados con ingeniería genética para mejor eficiencia de uso de nitrógeno (EUN):

Aparte de estas iniciativas públicas y privadas, la Fundación Bill & Melinda Gates está financiando proyectos de envergadura para conseguir mediante modificación genética plantas que fijen el nitrógeno con el fin de mejorar la producción agraria de África. Dos proyectos que están siendo financiados con tal objetivo son ENSA (Engineering Nitrogen Symbiosis for Africa) y NFIX del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA, España). Los dos proyectos se enfocan en la transformación directa del genoma para transferir la capacidad de formar nódulos de las legumbres hacia los cereales. Ambas investigaciones, que se encuentran actualmente en proceso de desarrollo, y sus descubrimientos son libres de derechos de patente.

Otro proyecto financiado por la Fundación Gates para África es una investigación en maíz del Centro John Innes del Reino Unido, que trabaja en la posibilidad de que el cultivo se asocie con bacterias fijadoras de nitrógeno y ofrecer esta tecnología a través de la semilla. También recibe fondos el proyecto “Maíz mejorado para los suelos de África” (IMAS), coordinado por el “Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo” (CIMMYT) y cuenta con diversos colaboradores del sector público-privado de Estados Unidos, Kenia y Sudáfrica. El enfoque considera herramientas biotecnológicas y transgenia para generar variedades de maíz que rindan de 30 a 50% más que las variedades convencionales, con la misma cantidad de fertilizante nitrogenado o en suelos poco fértiles. La tecnología generada también será libre de patentes.

CHILE.

En el caso de Chile, no hay proyectos públicos de cultivos transgénicos para mejor eficiencia del uso de nitrógeno, pero sí hay un proyecto con financiamiento del Ministerio de Agricultura para eficiencia en el uso del fósforo del suelo en trigo.

El proyecto inició el año 2001 en el Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA), y desarrolló líneas de trigo transgénico con genes provenientes de lupino para mejorar la absorción del fósforo del suelo – nutriente prácticamente inaccesible en los suelos ácidos del sur de Chile para el trigo y otros cultivos, excepto para el lupino, que se usó como fuente de los transgenes. En 2011 el proyecto se trasladó a la Universidad de Concepción donde sigue su desarrollo.

Este es uno de 32 proyectos de desarrollo de cultivos transgénicos realizado o llevado a cabo por entidades públicas chilenas (usando financiamiento público), sin embargo, sin un cambio en la legislación ni voluntad política, ninguno podrá ser aprovechado por los agricultores chilenos [28].

PERSPECTIVAS A FUTURO.

A nivel comercial los dos rasgos dominantes en cultivos transgénicos son la resistencia a insectos y tolerancia a herbicidas. Sin embargo otros como la tolerancia a sequía y biofortificación de nutrientes ya están tomando mayor presencia comercial, y pronto podría unirse la eficiencia de uso de nitrógeno (EUN).

Tres revisiones científicas, en 2007, 2010 y 2012, determinaron de forma independiente que la mejora de la eficiencia y uso del nitrógeno en plantas a través de la biotecnología es una estrategia importante para hacer frente a los crecientes costos, impactos ambientales negativos, y los rendimientos decrecientes de la fertilización nitrogenada.

Con el desarrollo de cultivos con mejor EUN, las preocupaciones ambientales como las anteriormente mencionadas podrían disiparse o al menos reducirse en forma importante. Y esto sería al mismo tiempo que los agricultores aumentan sus rendimientos, disminuyen las pérdidas económicas y ahorran el dinero gastado en insumos y fertilizantes nitrogenados. La ingeniería genética ofrece una buena herramienta para cumplir tal objetivo, y dependerá en gran parte de los marcos regulatorios de cada país si estos avances podrán ser aprovechados por sus propios agricultores, o si su comercialización será retrasada.

(Foto  y fuente Chile Bio).

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