Una investigación con participación de la UdL y el ICREA da un paso importante para desarrollar cereales que requieran menos fertilizantes

Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA/CSIC), han colaborado con la Universidad de Lleida-Agrotecnio y la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) para producir los primeros cereales transgénicos que expresan dos componentes clave de la nitrogenasa, la enzima que fija el nitrógeno atmosférico convirtiéndolo en amoníaco. En concreto, la investigación se ha centrado en el arroz. Según los investigadores, este hito supone un paso importante para desarrollar cultivos de cereales que fijen su propio nitrógeno, cosa que podría reducir drásticamente la necesidad de usar fertilizantes.

Cada uno de los dos componentes se ha producido en una línea de planta transgénica diferente y los investigadores han demostrado que es biológicamente activo 'in vitro' o en plantas vivas. Sin embargo, remarcan que estas plantas transgénicas todavía no pueden fijar su propio nitrógeno porque se necesitan componentes adicionales para reconstruir la enzima nitrogenasa completa, pero el trabajo es pionero al demostrar por primera vez que es posible expresar estas proteínas altamente sensibles al oxígeno de manera estable en las plantas, y que las mismas proteínas conservan sus actividades.

Los cultivos necesitan nitrógeno para crecer y ser productivos ya que este es uno de los principales componentes del ADN, las proteínas, la clorofila y las moléculas de almacenaje de energía, como la adenosina trifosfato (ATP). La mayoría de los cultivos dependen de los suministros de nitrato y amonio procedentes de los fertilizantes sintéticos industriales, pero más de la mitad de ellos no se asimilan, percolando ríos y lagos como una importante fuente de contaminación.

Los cultivos de leguminosas, como los guisantes y las judías, albergan bacterias que convierten el gas nitrógeno directamente en amoníaco mediante una enzima denominada nitrogenasa. Este proceso se conoce como fijación biológica del nitrógeno. "La introducción de nada de nitrogenasa en las plantas de cultivos proporcionaría la maquinaria necesaria para fijar el nitrógeno de manera independiente", señalan los investigadores.

No obstante, "el proceso es extremadamente complejo porque se requieren muchas proteínas individuales diferentes, no sólo como componentes estructurales directos de la nitrogenasa, sino también proteínas accesorias necesarias para su ensamblaje|ensamblamiento y el suministro de energía". Además, "los principales componentes proteicos son extremadamente sensibles al oxígeno", exponen.

Los investigadores superaron este "cuello de botella crítico" produciendo dinitrogenasa reductasa funcional (proteína Fe, NifH), iutna maturasa del cofactor de la nitrogenasa (NifB), separadamente en líneas de arroz transgénicas. La investigación sobre la expresión de la nitrogenasa suele realizarse en plantas modelo de laboratorio. En cambio, al centrarse en el arroz, un importante cultivo básico que proporciona la principal o única fuente de calorías además de 2.500 millones de personas en países en vías de desarrollo, "la importancia y el impacto de los resultados de los estudios aumentan sustancialmente".

El investigador principal del proyecto, el Dr. Luis Rubio, destaca que "se trata de un gran avance de la bioingeniería, ya que derroca dos obstáculos técnicos y muestra el camino para generar cereales fijadores de nitrógeno". La consecución resuelve uno de los principales impedimentos para la fijación biológica del nitrógeno en los cultivos y establece las bases para el ensamblaje|ensamblamiento de un complejo de nitrogenasa completo y funcional en las plantas, señala.

Los trabajos posteriores para conseguir establecer plantas que contengan la nitrogenasa completa podrían tener un impacto duradero en la seguridad alimentaria mundial, tal como remarca el Dr. Paul Christou, profesor de investigación ICREA y líder del proyecto en la UdL-Agrotecnio. "Una de las principales repercusiones del trabajo a largo plazo se daría a los países de ingresos bajos y medios, que no pueden permitirse los caros fertilizantes nitrogenados", afirma.

Lo trabaja, que se ha publicado en dos revistas científicas de alto impacto 'Communications Biology' y 'American Chemical Society Synthetc Biology', forma parte de un programa de investigación financiado por una subvención de Bill & Melinda Gates Foundation al Dr. Luis Rubio.