Los ajustes genéticos reducen la contaminación del cultivo de arroz
El arroz es uno de los alimentos básicos más consumidos en el mundo, pero su popularidad ha tenido un costo ambiental. Los campos de arroz representan del 7 al 17 por ciento del metano en la atmósfera, lo que los convierte en la fuente más grande del mundo de emisiones de metano hechas por el hombre. Aunque este gas representa una proporción mucho menor del total de gases de efecto invernadero que el dióxido de carbono, es unas 20 veces más eficiente para capturar la radiación infrarroja del sol.
En los últimos años, los científicos han estado buscando las formas más efectivas de reducir la cantidad de gases de efecto invernadero producidos por el cultivo de arroz. La mayoría de los enfoques actuales se centran en cambiar la gestión del agua, la agricultura y los fertilizantes como medio para reducir el metano. La desventaja es que estos cambios de administración requieren mano de obra adicional y es posible que no funcionen en todos los entornos.
Ahora, por primera vez, un equipo de investigadores de China, Suecia y Estados Unidos ha encontrado una manera de alterar la biología de las plantas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de los campos de arroz.Sus hallazgos fueron publicados esta semana en la revista naturaleza.
Los investigadores lograron esta hazaña al cambiar la forma en que las plantas de arroz almacenan energía al agregar un gen del factor de transcripción, SUSIBA2, que se encuentra en la cebada.
Normalmente, cuando el arroz hace la fotosíntesis, los tallos y las hojas de la planta absorben dióxido de carbono y lo convierten en almidón, que se almacena en las raíces, tallos y granos. En el arroz transgénico de los investigadores, la planta produjo más almidón, almacenándolo principalmente en los tallos y granos, en lugar de distribuirlo proporcionalmente por toda la planta, incluidas las raíces, dijo Chuanxin Sun, autor principal del estudio. Biólogo de plantas en la Universidad de Ciencias Agrícolas de Uppsala, Suecia.
«Este tipo de arroz puede ser particularmente útil en el clima más cálido pronosticado, que acelerará las emisiones de metano de los campos de arroz, ya que las emisiones de metano dependen de la temperatura. El arroz puede contrarrestar esta aceleración», dijo Sun.
La adición del gen cambió no solo la forma en que las plantas almacenan almidón, sino también la cantidad de carbono liberado por las raíces de las plantas en forma de azúcares, aminoácidos y ácidos orgánicos. Este carbono proporciona alimento para una gran cantidad de microbios del suelo en la región alrededor del sistema de raíces de la planta llamada rizosfera. Entre estos microorganismos, algunos son responsables de la producción de metano asociado al cultivo del arroz.
Cuando los investigadores midieron las poblaciones microbianas dentro y alrededor de las raíces de las plantas transgénicas, encontraron menos microbios productores de metano que el arroz no modificado que probaron como control. Los cambios en el carbono finalmente conducen a la muerte de las bacterias productoras de metano. Esto tuvo un gran impacto en la producción de metano a lo largo del estudio, que incluyó pruebas de campo en China durante tres temporadas consecutivas.
En una de las dos variedades de arroz modificadas genéticamente que probaron los investigadores, las emisiones de SUSIBA2-77 cayeron solo un 10 por ciento en comparación con el control previo a la floración, mientras que el metano se redujo a casi cero aproximadamente un mes después de la floración. Esto sugiere que a medida que las plantas de arroz maduran y comienzan a producir semillas, y las plantas se vuelven más activas metabólicamente, los genes de cebada introducidos tienen un mayor impacto en el metano, dijo Christer Jansson, director de ciencia vegetal en el Laboratorio Nacional de Ciencias Moleculares Ambientales del Noroeste del Pacífico. Laboratorio y el estudio coautor.
Antes de este estudio, los investigadores no habían propuesto el arroz bajo en metano porque nadie había podido encontrar un control genético para el rasgo bajo en metano. Hay muchas variedades de arroz de alto rendimiento para elegir, pero sus emisiones de metano son generalmente altas, dijo Sun.
Inserte «Regulador maestro»
La investigación se basa en un trabajo anterior de Jansson en Suecia, que identificó los genes de cebada «reguladores maestros» responsables de controlar la distribución de carbono en las plantas.
Si bien el estudio representa un paso hacia la reducción de las emisiones de metano, los investigadores ven el trabajo como una prueba de concepto, no como un chef.
«Es demasiado corto para demostrar que este es un efecto duradero», dijo Paul Bodelier, científico principal del Instituto de Ecología de los Países Bajos en Amsterdam, quien escribió un artículo adjunto.naturaleza estudiar. «Creo que los hallazgos son bastante buenos, tal vez preliminares, pero bastante buenos».
En el futuro, los investigadores planean estudiar cómo las plantas transgénicas afectan a otra vida microbiana en la rizósfera, no solo a las variedades metanogénicas, dijo Jansson.
Bodelier también cuestionó si al reducir la biomasa de las raíces, las plantas de arroz no podrían absorber suficientes nutrientes y podrían necesitar introducir fertilizantes nitrogenados, otra fuente de emisiones de gases de efecto invernadero. Hasta ahora, los investigadores no han encontrado que esto sea un problema, según Sun. Sugirió otra opción.
«En lugar de agregar fertilizante nitrogenado, el carbono del suelo se puede recuperar devolviendo la paja si se desea», dijo. «Además, ya hay variedades de arroz que requieren mucho menos fertilizante nitrogenado. Esta característica se puede introducir aún más en el arroz con bajo contenido de metano».
Sun dijo que los investigadores necesitan ver los resultados replicados en estudios más grandes que cubran hectáreas de tierra y midan los rendimientos y las emisiones de metano.
Jansson dijo que espera que las reducciones de metano en el estudio ampliado puedan ser las mismas que las registradas en las pruebas de campo.
El éxito inicial de los investigadores se vio afectado en parte por el hecho de que sus OGM podrían enfrentar una reacción negativa del público en Europa y Asia. «Como genéticamente modificado [rice] Actualmente no existe un mercado comercial, y tenemos que desarrollar variedades aceptables que no sean transgénicas en base a nuestros hallazgos”, dijo Sun. “Puede llevar de cinco a diez años vender semillas de arroz con bajo contenido de metano socialmente aceptables. «
Para hacer esto, los investigadores comenzarían con una planta transgénica y la cruzarían con plantas de arroz no modificadas hasta que los genes de la cebada se diluyeran cada vez más, dijo Jansson.
Tanto Jansson como Sun expresaron un cauteloso optimismo de que las actitudes hacia los OGM pueden volverse más abiertas con el tiempo, especialmente si las preocupaciones sobre la seguridad alimentaria y las mejoras ambientales se vuelven más serias en el futuro. «Cuantos más cultivos transgénicos sean claramente beneficiosos para los consumidores y, en este caso, para el medio ambiente, más aceptables serán», dijo Jansson.
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