Las investigaciones han demostrado que manipular el ARN permite a las plantas producir más cultivos.
Añadir a las plantas de arroz y de patata un gen que codifica una proteína llamada FTO aumentó su rendimiento un 50 % en pruebas de campo.
También se comprobó que estos cambios podrían aumentar la tolerancia a la sequía, según informan los investigadores.
Manipular el ARN permite a las plantas obtener una producción de cultivos drásticamente mayor y aumenta la tolerancia a la sequía, según informan los investigadores.
En las pruebas iniciales, añadir a las plantas de arroz y de patata un gen que codifica una proteína llamada FTO aumentó su rendimiento un 50 % en pruebas de campo.
Las plantas crecieron notablemente más, desarrollaron sistemas radiculares más largos y toleraron mejor el estrés por sequía. El análisis también mostró que las plantas habían aumentado su tasa de fotosíntesis.
“El cambio es realmente espectacular”, afirma Chuan He, profesor de química, bioquímica y biología molecular en la Universidad de Chicago, quien dirigió la investigación junto con Guifang Jia, profesor de la Universidad de Pekín. “Además, ha funcionado con casi todos los tipos de plantas con los que lo hemos probado hasta ahora, y es una modificación muy sencilla de realizar”.
Los investigadores, junto con otros destacados expertos, se muestran esperanzados ante el potencial de este avance, especialmente frente al cambio climático y otras presiones sobre los sistemas de cultivo en todo el mundo.
“Esto ofrece realmente la posibilidad de diseñar plantas que puedan mejorar el ecosistema a medida que avanza el calentamiento global”, afirma He. “Dependemos de las plantas para muchísimas cosas, desde madera, alimentos y medicinas hasta flores y aceite, y esto ofrece potencialmente una forma de aumentar el material de origen que podemos obtener de la mayoría de las plantas”.
“Se trata de una tecnología muy prometedora que podría contribuir a resolver problemas de pobreza e inseguridad alimentaria a escala mundial, y también podría ser útil para responder al cambio climático”, afirma Michael Kremer, profesor de economía y de la Escuela Harris de Políticas Públicas de la Universidad de Chicago, y galardonado con el Premio Nobel por su trabajo en la lucha contra la pobreza global
Aumentar los rendimientos en los campos
Durante décadas, los científicos han trabajado para aumentar la producción agrícola frente a un clima cada vez más inestable y una población mundial en crecimiento. Sin embargo, estos procesos suelen ser complejos y, a menudo, solo producen cambios incrementales.
La forma en que se produjo este descubrimiento fue muy diferente.
Muchos recordamos el ARN de las clases de biología del instituto, donde nos enseñaron que el ARN lee el ADN y luego produce proteínas para llevar a cabo distintas tareas. Pero en 2011, el laboratorio de He abrió un campo de investigación completamente nuevo al descubrir las claves de una forma diferente en que los genes se expresan en los mamíferos.
Resulta que el ARN no se limita a leer el plano del ADN y ejecutarlo a ciegas; la propia célula también puede regular qué partes del plano se expresan. Lo hace colocando marcadores químicos sobre el ARN para modular qué proteínas se producen y en qué cantidad.
He y sus colegas comprendieron de inmediato que esto tenía importantes implicaciones para la biología. Desde entonces, su equipo y otros de todo el mundo han tratado de profundizar en nuestra comprensión del proceso y de lo que afecta en animales, plantas y distintas enfermedades humanas. Por ejemplo, He es cofundador de una empresa de biotecnología que actualmente desarrolla nuevos medicamentos contra el cáncer basados en la diana de las proteínas de modificación del ARN.
Plantas más grandes, más plantas
He y Guifang Jia, antigua investigadora posdoctoral de la Universidad de Chicago y actualmente profesora asociada en la Universidad de Pekín, empezaron a preguntarse cómo afectaba esto a la biología vegetal.
Se centraron en una proteína llamada FTO, la primera proteína conocida que borra las marcas químicas del ARN, que Jia descubrió siendo investigadora posdoctoral en el grupo de He en la Universidad de Chicago.
Los científicos sabían que actuaba sobre el ARN para afectar al crecimiento celular en humanos y otros animales, así que intentaron insertar en plantas de arroz el gen que la codifica, y entonces observaron con asombro cómo las plantas despegaban. “Creo que en ese momento todos nos dimos cuenta de que estábamos haciendo algo especial”, afirma He.
Las plantas de arroz produjeron tres veces más arroz en condiciones de laboratorio. Cuando lo probaron en pruebas de campo reales, las plantas aumentaron un 50 % su masa y produjeron un 50 % más de arroz. Desarrollaron raíces más largas, realizaron la fotosíntesis de forma más eficiente y soportaron mejor el estrés provocado por la sequía.
Los científicos repitieron los experimentos con plantas de patata, que pertenecen a una familia completamente diferente. Los resultados fueron los mismos.
“Eso sugería un grado de universalidad que resultó sumamente estimulante”, afirma He.
“Un enfoque completamente nuevo” para los cultivos
A los científicos les llevó más tiempo comprender cómo se producía este efecto. Otros experimentos demostraron que FTO comenzaba a actuar en una fase temprana del desarrollo de la planta, aumentando la cantidad total de biomasa que producía.
Los científicos creen que FTO controla un proceso conocido como m6A, que es una modificación clave del ARN. En este escenario, FTO actúa borrando el ARN m6A para amortiguar algunas de las señales que indican a las plantas que deben frenar y reducir su crecimiento. Imaginemos una carretera con muchos semáforos; si los científicos tapan las luces rojas y dejan las verdes, cada vez más coches pueden circular por la carretera.
En conjunto, las plantas modificadas produjeron significativamente más ARN que las plantas de control.
El proceso descrito en este artículo consiste en utilizar en una planta un gen FTO de origen animal. Pero una vez que los científicos comprendan completamente este mecanismo de crecimiento, He considera que podría haber formas alternativas de lograr el mismo efecto.
“Se trata de un tipo de enfoque completamente nuevo, que podría ser diferente de la modificación genética tradicional (OMG) y de la edición génica CRISPR; esta técnica nos permite ‘accionar un interruptor’ en las plantas en una etapa temprana del desarrollo, lo que sigue afectando a la producción de alimentos de la planta incluso después de que retiremos el interruptor”, afirma.
“Parece que las plantas ya tienen esta capa de regulación, y lo único que hicimos fue aprovecharla. Así que el siguiente paso sería descubrir cómo hacerlo utilizando la genética existente de la planta”.
He trabaja con la universidad y con el Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation para explorar las posibilidades.
“Los primeros estudios de campo demuestran que puede escalarse. Esperamos trabajar con el mundo académico y la industria para comprender mejor esta biología y aplicar esta nueva tecnología de forma segura y generalizada”, afirma.
He puede imaginar todo tipo de usos en el futuro.
“Más allá de la alimentación, existen otras consecuencias del cambio climático”, afirma He. “Quizá podríamos diseñar pastos para zonas amenazadas que resistan la sequía. Quizá podríamos hacer que un árbol del Medio Oeste desarrolle raíces más largas, de modo que sea menos probable que se derribe durante tormentas intensas. Hay tantas aplicaciones potenciales…”
