Investigadores de la Universidad de Nueva York han identificado una proteína que actúa como una señal molecular de parada para la absorción de nitrógeno en las plantas, un descubrimiento que eventualmente podría brindar a los mejoradores un objetivo genético para desarrollar cultivos que utilicen fertilizantes de manera mucho más eficiente. El estudio, publicado en The Plant Cell, se centra en un factor de transcripción llamado HHO5.
Cómo funciona el HHO5 como freno de nitrógeno
El equipo de la Universidad de Nueva York descubrió que el HHO5 le indica a la planta cuándo ha absorbido suficiente nitrógeno y puede dejar de tomar más del suelo. Cuando los niveles de nitrógeno en la planta alcanzan un umbral, la expresión de HHO5 aumenta y desencadena una cascada de cambios genéticos posteriores que efectivamente apagan la maquinaria de absorción. La proteína responde específicamente al nitrógeno orgánico, la forma que utilizan las plantas para el transporte, almacenamiento y síntesis a larga distancia-de aminoácidos esenciales para la nutrición humana.
"Al identificar reguladores genéticos que son sensibles a diferentes niveles y tipos de nitrógeno, descubrimos un factor regulador que controla el uso de nitrógeno y una clave para mejorar la absorción y asimilación de nitrógeno en nitrógeno orgánico en las plantas", afirmó Gloria Coruzzi, profesora Carroll y Milton Petrie en el Departamento de Biología y Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la Universidad de Nueva York y co-autora principal del estudio.
Por qué la eficiencia del nitrógeno vegetal es importante para los fertilizantes
Los cultivos en todo el mundo utilizan sólo entre el 30% y el 50% del fertilizante nitrogenado que se aplica a los campos. El resto escapa a los cursos de agua como escorrentía de nitrato o ingresa a la atmósfera como óxido nitroso, un gas de efecto invernadero aproximadamente 300 veces más potente que el dióxido de carbono por unidad. Mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno a nivel de las plantas es uno de los caminos más directos para reducir tanto los costos de los fertilizantes como el daño ambiental.
Los enfoques actuales para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno se centran principalmente en el lado del suelo: revestimientos-de liberación lenta, inhibidores de la nitrificación y tiempos de aplicación precisos. El descubrimiento de HHO5 abre un camino complementario al apuntar al propio cableado regulador de la planta. Si los mejoradores pueden modificar la agresividad con la que el HHO5 cierra la absorción de nitrógeno, los cultivos podrían potencialmente extraer más nitrógeno del suelo antes de que se active el freno, reduciendo la cantidad de fertilizante no utilizado que queda.
Del descubrimiento en el laboratorio a la aplicación en el campo
El equipo de investigación descubrió que diferentes formas de nitrógeno tenían distintos efectos sobre los niveles de expresión de HHO5. El nitrógeno inorgánico, la forma absorbida directamente del fertilizante, desencadenó un patrón de respuesta diferente al del nitrógeno orgánico. Esta distinción es importante porque sugiere que la vía de señalización tiene suficientes matices como para que los mejoradores puedan-afinarla sin alterar otros procesos metabólicos.
La Universidad de Nueva York ha presentado una solicitud de patente que cubre la investigación y su uso potencial para mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno en las plantas. La universidad no reveló discusiones sobre licencias, pero la patente indica una intención comercial.
El descubrimiento llega en un momento en que los costos de los fertilizantes nitrogenados son elevados a nivel mundial. Los precios minoristas de la urea en Estados Unidos promediaron 594 dólares por tonelada a principios de agosto, según datos del USDA, y han disminuido sólo modestamente desde los máximos de mediados de año impulsados por la interrupción del Estrecho de Ormuz. Cualquier mejora genética que permita a los cultivos extraer más valor de cada tonelada de nitrógeno aplicada afectaría directamente la economía agrícola.
Un campo creciente de investigación sobre la eficiencia del nitrógeno
El trabajo de la Universidad de Nueva York encaja en una ola más amplia de investigaciones sobre la eficiencia del nitrógeno. Un estudio de Purdue publicado en julio identificó un interruptor genético que controla la fijación de nitrógeno en la soja, mientras que investigadores de la Universidad Estatal de Washington informaron en mayo que los genes fijadores de nitrógeno-podrían transferirse entre cepas bacterianas. Empresas como Pivot Bio, Intrinsyx Bio y Kula Bio están comercializando enfoques microbianos para la fijación biológica de nitrógeno.
Lo que distingue el hallazgo de HHO5 es su enfoque en la señalización de la propia planta en lugar del microbioma del suelo. Se dirige a un punto de control regulatorio que existe en todas las plantas, no solo en las leguminosas, lo que significa que cualquier mejora podría, en teoría, aplicarse a los principales cultivos de cereales, incluidos el maíz, el trigo y el arroz.
Aún así, traducir el descubrimiento de un factor de transcripción en una variedad de cultivo comercial suele tardar una década o más. El valor inmediato radica en brindar a los científicos de plantas un objetivo genético específico y bien-bien caracterizado con el cual trabajar mientras buscan variedades que proporcionen más grano por unidad de nitrógeno aplicado.
