Investigadores de la Universidad de Aarhus han identificado siete compuestos naturales de la raíz del trigo que suprimen las bacterias nitrificantes del suelo con tanta fuerza como los inhibidores sintéticos de la nitrificación, abriendo una vía potencial de mejoramiento hacia variedades de trigo que retienen más nitrógeno aplicado sin requerir insumos químicos adicionales ni sacrificios de rendimiento.
El problema del nitrógeno que sigue enfrentando la agricultura
En realidad, menos de la mitad del nitrógeno aplicado como fertilizante es absorbido por los cultivos, y el resto se pierde por lixiviación en vías fluviales o emisión gaseosa a la atmósfera en forma de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero. Durante décadas, la respuesta principal ha sido limitar las tasas de aplicación e inhibidores sintéticos de la nitrificación, sustancias químicas que retardan la conversión microbiana de amonio en nitrato pero que son costosas, requieren aplicaciones repetidas y pueden afectar a organismos del suelo no-objetivo.
El equipo de Aarhus, dirigido por el investigador postdoctoral Purna Kumar Khatri, investigó si el trigo por sí mismo podría realizar biológicamente una versión de esa función. Su trabajo se centra en la inhibición biológica de la nitrificación, un proceso en el que las raíces de las plantas liberan compuestos naturales que suprimen los microbios nitrificantes responsables de convertir el amonio en la forma de nitrato, más propensa a la lixiviación-.
¿Qué son los benzoxazinoides?
Los benzoxazinoides son metabolitos secundarios producidos naturalmente por los cultivos de cereales, incluidos el trigo, el maíz y el centeno, tradicionalmente estudiados por su papel en la defensa de las plantas contra insectos, malezas y nematodos. Los investigadores de Aarhus examinaron 18 compuestos benzoxazinoides diferentes mediante un ensayo de bioluminiscencia con Nitrosomonas europaea, una bacteria nitrificante modelo, y encontraron siete -, incluidos BOA, MBOA, DIBOA y DIMBOA -, capaces de suprimir fuertemente la nitrificación en concentraciones relativamente bajas. Debido a que estos compuestos son producidos y liberados por la propia planta en lugar de aplicarse externamente, ofrecen un mecanismo de administración fundamentalmente diferente al de los inhibidores sintéticos: liberación continua y localizada exactamente donde y cuando la planta necesita proteger el nitrógeno disponible.
Las líneas de trigo diseñadas muestran que el efecto se puede amplificar
El estudio comparó una línea parental de trigo convencional con dos líneas de trigo que portan un fragmento cromosómico de Leymus racemosus, una hierba silvestre conocida por mejorar los rasgos de inhibición biológica de la nitrificación. Cultivadas hidropónicamente, las líneas mejoradas liberaron concentraciones significativamente más altas de benzoxazinoides activos que la línea original, y sus exudados de raíz suprimieron la nitrificación hasta dos veces más fuertemente - un resultado que se correlacionó directamente con las concentraciones más altas del compuesto medidas.
El trabajo de modelado citado por los investigadores sugiere que los cultivos habilitados con-nitrificación-inhibición-biológica podrían reducir las pérdidas de nitrógeno entre un 20% y un 30%, y las primeras pruebas de campo han demostrado que no hay penalización en el rendimiento asociada con esta característica, lo que significa que los agricultores podrían, en principio, aplicar menos fertilizante mientras cosechan volúmenes de grano comparables. Khatri dijo que la magnitud de la oportunidad es significativa incluso con modestos aumentos de eficiencia: "Si se puede aumentar la eficiencia en el uso del nitrógeno-aunque sea un diez por ciento en condiciones reales de campo, los ahorros absolutos en fertilizantes y emisiones son enormes".
De la química a un objetivo de reproducción
El objetivo a largo-plazo es traducir los hallazgos químicos en una estrategia de mejoramiento: una vez que los investigadores identifiquen qué vías biosintéticas producen los compuestos inhibidores de la nitrificación-más efectivos, los fitomejoradores podrían seleccionar variedades de trigo que expresen los rasgos con mayor fuerza, sin requerir que los agricultores cambien sus prácticas o compren nuevos insumos. La investigación es parte del proyecto internacional más amplio CropSustain, en el que grupos de investigación paralelos están estudiando cómo estos rasgos afectan a los microbiomas del suelo y a los organismos no-objetivo durante períodos de tiempo más largos - una cuestión que es importante para la adopción regulatoria y comercial incluso si la biología subyacente demuestra ser sólida.
Los hallazgos llegan en un momento en que los mercados mundiales de nitrógeno siguen volátiles tras la interrupción del Estrecho de Ormuz, que hizo que los precios de la urea alcanzaran niveles casi-recordados a principios de este año antes de una corrección parcial. Si bien los cronogramas de mejoramiento para las variedades de trigo que inhiben la nitrificación-se ejecutan en un horizonte de varios-años en lugar de ofrecer un alivio inmediato, la investigación se suma a un creciente cuerpo de alternativas biológicas - junto con productos microbianos fijadores de nitrógeno-ya comercializados por empresas como Pivot Bio - que podrían reducir gradualmente la dependencia estructural del sector agrícola de los aportes de nitrógeno sintético.
El estudio, "Benzoxazinoides como compuestos candidatos para la inhibición biológica de la nitrificación en el trigo", se publicó en Plant Physiology and Biochemistry y se realizó en colaboración con la Universidad de Copenhague, la Universidad de Aberdeen y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo de México (CIMMYT), que proporcionó material de semilla para el ensayo.
