Crean un arroz rico en almidón y biomasa y que produce poco metano

El arroz es como el alimento básico para más de la mitad de la población del mundo, pero también es una de las mayores fuentes artificiales de metano atmosférico, un potente gas de efecto invernadero. Ahora, con la adición de un solo gen, el arroz puede ser cultivado sin emitir prácticamente metano de sus arrozales durante el crecimiento.

Según publica Nature, el nuevo producto, diseñado en Estados Unidos, Suecia y China, es también más rico en las propiedades deseadas de la planta, tales como el almidón como fuente de alimento, y biomasa para la producción de energía.

Los arrozales contribuyen al 17 por ciento de las emisiones globales de metano, el equivalente a unos 100 millones de toneladas cada año. Si bien esto representa un porcentaje mucho menor de gases de efecto invernadero que los del dióxido de carbono, el metano es 20 veces más eficaz atrapando calor. El Arroz Susiba2, como se denomina la nueva cepa, es el primero rico en almidón y bajo en metano que podría ofrecer una solución significativa y sostenible.

Los investigadores crearon el arroz Susiba2 introduciendo un solo gen de la cebada en el arroz común, produciendo una planta que alimenta mejor sus granos, tallos y hojas, al tiempo que mueren de hambre los microbios productores de metano del suelo.

Es la culminación de más de una década de trabajo de, entre otros, Christer Jansson, director de ciencias de las plantas del Laboratorio Nacional Pacífico Noroeste (PNNL) y del Laboratorio Ambiental de Ciencias Moleculares de Estados Unidos. Jansson y sus colegas plantearon la hipótesis del concepto, mientras que en la Universidad de Ciencias Agrícolas de Suecia llevaron a cabo los estudios, en colaboración con la Academia Fujian de Ciencias Agrícolas y la Universidad Agrícola de Hunan,ambas de China.

"La necesidad de aumentar el contenido en almidón y reducir las emisiones de metano es conocida, pero los investigadores no han conseguido hacer las dos cosas al mismo tiempo", dice Jansson en la información del PNNL. "A medida que la población mundial crezca, también lo hará la producción de arroz. Y a medida que se caliente la Tierra, también lo harán los arrozales, dando como resultado aún más emisiones de metano. Es un tema que debe ser abordado."

Canalizar el carbono

Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono se absorbe y se convierte en azúcares para alimentar o ser almacenado en diferentes partes de la planta. Los investigadores han tratado durante mucho tiempo de comprender y controlar este proceso para conseguir las características deseadas en la planta. Canalizar más carbono a las semillas da como resultados un grano de arroz más gordo y almidonado. Del mismo modo, el carbono y los azúcares resultantes canalizados a tallos y hojas aumentan su masa y crean más biomasa vegetal, materia prima de la bioenergía.

En los primeros trabajos en Suecia, Jansson y su equipo investigaron cómo la distribución de azúcares en las plantas podría ser controlada por una proteína especial llamada factor de transcripción, que se une a ciertos genes y los activa o desactiva.

"Controlando dónde se produce el factor de transcripción, podemos dictar en qué parte de la planta se acumula el carbono y los azúcares", dice Jansson.

Un plan maestro

Para reducir la cantidad de genes candidatos, el equipo comenzó con granos de cebada que eran ricos en almidón, e identificó los genes más activos. La actividad de cada gen se analizó entonces en un intento de encontrar el factor de transcripción específico responsable de regular la conversión de azúcar en almidón en las partes superiores de la planta, principalmente los granos.

Tras el descubrimiento del factor de transcripción Susiba2 (Señalización de Azúcar en Cebada 2), una investigación posterior reveló que era un tipo de gen conocido como regulador maestro. Los genes maestros controlan varios genes y procesos en las vías metabólicas o regulatorias. Como tal, Susiba2 tenía la capacidad de dirigir la mayor parte del carbono a los granos y hojas, y, esencialmente, cortar el suministro a las raíces y el suelo donde lo consumen ciertos microbios y lo convierten en metano.

Los investigadores introdujeron SUSIBA2 en una variedad común de arroz y probaron su rendimiento frente a una versión no modificada de la misma cepa. Durante tres años de estudios de campo en China, los investigadores demostraron consistentemente que Susiba2 producía aumento de los rendimientos de los cultivos y la eliminación casi total de las emisiones de metano.

Jansson continuará su trabajo con SUSIBA2 este otoño para investigar más a fondo los mecanismos involucrados en la asignación de carbono utilizando espectrometría de masas y técnicas de obtención de imagen. Jansson y sus colaboradores también quieren analizar cómo las raíces y las comunidades microbianas interactúan para lograr una comprensión más integral del impacto que una disminución de las bacterias productoras de metano puede tener.

Referencia bibliográfica:

J. Su, C. Hu, X. Yan, Y. Jin, Z. Chen, Q. Guan, Y. Wang, D. Zhong, C. Jansson, F. Wang, A. Schnürer, C. Sun: Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starch low-methane rice. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14673.