La estrategia que busca rediseñar la fotosíntesis para cultivos más resilientes

El Conicet presenta un nuevo enfoque para mejorar el rendimiento de los cultivos mediante la optimización de la fotosíntesis y la resistencia a patógenos. El avance, probado en plantas transgénicas de tabaco, promete un impacto significativo en cultivos como el tomate y la papa.

Foto: EFE - Marcelino Rosario

La optimización del crecimiento de las plantas y el aumento de la producción de cultivos son fundamentales para abordar los desafíos agrícolas actuales. Una estrategia clave es la reubicación de genes en los cloroplastos, lo que permite a las plantas adaptarse mejor a condiciones adversas. Esto se traduce en un mejor rendimiento en cultivos como el tomate y la papa, contribuyendo a la seguridad alimentaria.

Así lo expuso el mas reciente estudio del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Conicet, un organismo dedicado a la promoción de la ciencia y la tecnología en Argentina. Fundado en 1958, tiene como objetivo impulsar y coordinar la investigación científica y tecnológica en diversas áreas del conocimiento, financiando proyectos, otorgando becas a investigadores y promoviendo la innovación. El Conicet abarca disciplinas que van desde las ciencias exactas y naturales hasta las ciencias sociales y humanidades, y cuenta con centros de investigación en todo Argentina.

Esa entidad reveló, el sábado 28 de septiembre, un nuevo enfoque para mejorar el rendimiento de los cultivos mediante la optimización de la fotosíntesis y el aumento de la resistencia a patógenos. Esta investigación propone una reubicación estratégica de genes en los cloroplastos de las plantas, otorgándoles mayor independencia del núcleo para responder más eficientemente a condiciones ambientales adversas y, al mismo tiempo, fortaleciendo sus defensas frente a infecciones. Este avance, probado en plantas transgénicas de tabaco, tiene el potencial de trasladarse a cultivos comerciales como el tomate y la papa, marcando un hito en la búsqueda de soluciones sostenibles para incrementar las cosechas. “Es un paso crucial para garantizar la seguridad alimentaria en un mundo con recursos cada vez más limitados”, señaló a El Espectador la Doctora Carla Méndez, especialista en biotecnología del Politécnico PIO Internacional de Occidente.

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De acuerdo con Conicet, estas son las cuatro nuevas claves para optimizar el crecimiento de las plantas y aumentar las cosechas:

Factores de transcripción TCP14 y TCP15: Cuando estos factores se activan, permiten que las plantas produzcan más ramas, lo que genera más espacio para la formación de flores y frutos. Manipular estos factores ofrece una vía para incrementar la productividad de los cultivos, ya que se puede regular el número de flores que se desarrollan, y por ende, aumentar la producción de frutos.

“Piense en ellos como los directores de orquesta que indican a los diferentes instrumentos cuándo y cómo tocar. Estas proteínas ayudan a las plantas a adaptarse a diferentes condiciones, como la disponibilidad de agua y nutrientes. Si hay estrés, como sequía, TCP14 y TCP15 permiten que las plantas redistribuyan sus recursos para sobrevivir mejor. Esto es vital, especialmente en un contexto de cambio climático, donde las plantas deben ser más resilientes ante condiciones adversas” explica Méndez. Además de promover el crecimiento, TCP14 y TCP15 pueden ayudar a activar defensas naturales en las plantas. Esto significa que al estimular estas proteínas, las plantas pueden volverse más resistentes a plagas y enfermedades, disminuyendo la necesidad de pesticidas.

“Estos factores de transcripción están involucrados en la regulación del ciclo celular y en la respuesta a señales internas y externas que modulan el crecimiento de la planta. Específicamente, TCP14 y TCP15 influyen en la activación de las yemas axilares, que en condiciones normales podrían permanecer en estado latente. Estas yemas latentes son potenciales ramas productoras de flores y frutos” expuso Méndez. Cuando TCP14 y TCP15 están activos, promueven el crecimiento de nuevas ramas y flores, aumentando la cantidad de sitios disponibles para la fructificación. Esto es especialmente valioso en cultivos agrícolas, donde un mayor número de ramas activas puede traducirse en una cosecha más abundante. “Los genes TCP se han identificado en diversas especies de plantas, incluidos cultivos importantes como el maíz, el trigo, el arroz y la soja”, agregó Méndez.

A pesar de su importancia para promover el crecimiento, estos factores deben funcionar de manera controlada para evitar el agotamiento de los recursos de la planta. “Aquí es donde entra en juego otro regulador, el gen BRC1. Este gen actúa como un freno para el desarrollo de las ramas cuando la planta debe priorizar otros procesos, como la fotosíntesis o la producción de frutos ya formados. TCP14 y TCP15 se coordinan con BRC1 para asegurar que la planta no crezca de manera descontrolada”, sostuvo la experta.

Este equilibrio es clave para la eficiencia energética de la planta, permitiéndole producir más frutos sin comprometer su viabilidad. En condiciones óptimas, este balance permite un crecimiento controlado que maximiza la producción de ramas productivas sin agotar los nutrientes de la planta.

Equilibrio entre crecimiento y freno: Los factores TCP14 y TCP15 trabajan en conjunto con el gen BRC1, que actúa como un freno para el desarrollo excesivo de las ramas. Esta interacción es clave para mantener un balance: las plantas no deben crecer indefinidamente, ya que esto podría agotar sus recursos. Controlando este equilibrio, se logra una planta más eficiente en su uso de energía y recursos, lo que maximiza la producción sin comprometer su salud.

“El desafío radica en que un crecimiento vegetativo excesivo puede desviar recursos (agua, nutrientes y energía) de la producción de flores y frutos, lo que podría llevar a una menor productividad. Los factores de transcripción TCP14 y TCP15 son esenciales para la regulación del crecimiento de las ramas axilares, las cuales son responsables de la formación de flores y frutos”, dijo la experta.

Sin embargo, su acción debe estar equilibrada con la función del gen BRC1, que actúa como un freno al desarrollo excesivo de las ramas. Su función es vital para evitar que las plantas crezcan indefinidamente, lo que podría llevar a una competencia interna por recursos. BRC1 modula la actividad de TCP14 y TCP15, asegurando que solo se desarrollen nuevas ramas cuando las condiciones sean favorables. Los factores TCP14 y TCP15 promueven el desarrollo de las yemas axilares, permitiendo la formación de nuevas ramas y, por ende, aumentando el número de flores. Su activación es crucial en condiciones óptimas donde la planta tiene suficientes recursos para soportar un crecimiento adicional.

El equilibrio entre los factores de crecimiento y el freno es esencial porque las plantas pueden utilizar sus recursos de manera más eficiente. Esto significa que pueden concentrarse en el desarrollo de flores y frutos en lugar de gastar energía en el crecimiento de tallos y hojas innecesarios. “Este equilibrio permite que las plantas respondan a cambios en su entorno, como la disponibilidad de agua y nutrientes. En condiciones de estrés, como sequías o suelos pobres, la planta puede limitar su crecimiento vegetativo y redirigir recursos hacia la producción de frutos. Así mismo, un equilibrio adecuado entre el crecimiento y el freno puede resultar en un aumento significativo en la producción de frutos”, señaló Méndez. Las plantas que logran este balance son capaces de producir más flores y, por lo tanto, más frutos, lo que es crucial para la agricultura comercial.

Activación de yemas axilares dormidas: Estas yemas son potenciales ramas o flores que están “inactivas” en la planta. Los factores de transcripción TCP son esenciales para activar estas yemas, lo que significa que las plantas pueden producir ramas adicionales cuando las condiciones son favorables, optimizando el uso del espacio y mejorando el rendimiento por planta.

Este fenómeno es un proceso clave en la fisiología vegetal, que puede ser modulado por factores de transcripción, particularmente los factores de transcripción TCP14 y TCP15. Las yemas axilares son estructuras que se encuentran en la intersección entre el tallo y las hojas. Méndez explicó que pueden desarrollarse en ramas o flores, pero muchas veces permanecen inactivas o ‘dormidas’ debido a una serie de factores internos y externos, como la competencia entre yemas y el estado hormonal de la planta. La activación de yemas axilares tiene aplicaciones directas en la agricultura, especialmente en el desarrollo de cultivos más productivos, A través de la manipulación genética, los agricultores pueden desarrollar variedades de cultivos que expresen niveles más altos de TCP14 y TCP15, lo cual puede resultar en plantas que aprovechen mejor los recursos y aumenten el rendimiento por planta.

En contextos de estrés, como sequías o suelos empobrecidos, la capacidad de activar yemas axilares puede ser crucial, las plantas que pueden producir más ramas y flores bajo condiciones limitadas serían más resilientes, asegurando una mayor producción a pesar de los desafíos ambientales. Por último, al permitir que las plantas crezcan de manera más lateral y productiva, los agricultores pueden optimizar la densidad de siembra. Esto significa que se pueden plantar más individuos en un área determinada, lo que maximiza la producción por hectárea.

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