Cuando los agricultores aplican fertilizantes a sus cultivos, aproximadamente la mitad del nitrógeno utilizado se pierde en cuerpos de agua o en la atmósfera, sin ser aprovechado por las plantas. Esta situación agrava la contaminación ambiental y representa un problema tanto ecológico como económico.
Frente a este desafío, un equipo de investigadores de Argentina y Estados Unidos logró identificar la proteína que indica a las plantas cuándo han acumulado suficiente nitrógeno y deben detener su absorción. Este mecanismo, controlado por la proteína denominada HHO5, funciona como un interruptor molecular: cuando la planta posee bastante nitrógeno orgánico —el que ella misma sintetiza para crecer—, HHO5 ordena suspender la captación de este nutriente desde el suelo.
“Los resultados de nuestra investigación en ciencia básica podrían abrir el camino hacia el desarrollo de cultivos que necesiten menos fertilizante para alcanzar el mismo rendimiento”, afirmó la doctora Mariana Obertello, investigadora del Conicet en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular “Dr. Héctor Torres” (INGEBI) y docente de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA). Obertello es una de las coautoras del estudio publicado en la revista The Plant Cell.
El trabajo fue liderado por Obertello y Gloria Coruzzi, de la Universidad de Nueva York (NYU). El equipo incluyó a Will Hinckley, Joseph Swift, Samantha Frangos y Shao-shan Carol Huang por parte de NYU, y a Francisco Romei y Jorge Muschietti del INGEBI.
El impacto ambiental de los fertilizantes
El nitrógeno que las plantas no logran absorber no desaparece: se infiltra hacia napas subterráneas y ríos, donde perjudica la vida acuática y promueve la aparición de algas tóxicas. La porción restante se queda en el suelo y se transforma en óxido nitroso, un gas de efecto invernadero que es 273 veces más potente que el dióxido de carbono para atrapar calor durante un siglo.
A ello se suma que la producción y el transporte de fertilizantes implican altos costos, dependen de cadenas logísticas frágiles y, en algunos casos, presentan riesgos debido a la inestabilidad química de ciertos componentes. Obertello resaltó que existe una demanda creciente de cultivos capaces de sostener un alto rendimiento con menor uso de fertilizante nitrogenado, lo que requiere entender a fondo cómo las plantas regulan su absorción.
La proteína que regula el apetito de nitrógeno
Los investigadores partieron de la hipótesis de identificar las señales internas que llevan a una planta a cesar la toma de nitrógeno del suelo. Para ello, analizaron qué genes responden al nitrógeno en función de la cantidad disponible en el entorno.
Esta búsqueda los condujo a HHO5, la proteína que controla qué genes se activan o se desactivan en toda la planta según la dosis de nitrógeno presente. HHO5 se expresa de manera preferente en el floema, el tejido vegetal encargado de transportar nutrientes a lo largo de la planta, lo que la sitúa como reguladora clave de las señales de nitrógeno.
El equipo también buscó comprender cómo distintos tipos de nitrógeno inciden en la acción de HHO5: el inorgánico, que proviene del suelo y los fertilizantes, y el orgánico, que la propia planta produce para transportar nutrientes y sintetizar aminoácidos esenciales para la nutrición humana.
Dos funciones, una misma proteína
Para estudiar HHO5, los científicos emplearon Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flor utilizada como modelo en biología vegetal. Aplicaron una técnica denominada DoubleTARGET, que permite examinar cómo dos proteínas reguladoras actúan en conjunto sobre los genes de una célula.
En este método, HHO5 y su proteína compañera WRKY21 se unen a marcadores fluorescentes de diferentes colores y se introducen en células vegetales aisladas. La lectura del ARN de esas células, que registra qué genes están activos en ese momento, revela cuáles responden cuando ambas proteínas actúan juntas.
Los experimentos demostraron que HHO5 cumple dos roles opuestos según con quién interactúe. Cuando actúa sola, apaga los genes que permiten absorber nitrógeno del suelo; al asociarse con WRKY21, activa los genes que facilitan a la planta utilizar el nitrógeno orgánico que ya posee.
“Al identificar reguladores genéticos sensibles a distintos niveles y tipos de nitrógeno, descubrimos un factor regulador que controla el uso del nitrógeno y una clave para mejorar su absorción y asimilación en nitrógeno orgánico en las plantas”, afirmó la doctora Coruzzi.
Del laboratorio a los campos de cultivo
Al analizar plantas mutantes a las que les faltaba el gen HHO5, los investigadores detectaron que absorbían una mayor cantidad de nitrógeno que las plantas normales, en condiciones específicas de baja disponibilidad. La doctora Obertello indicó que ese aumento se registró en las raíces y a bajas dosis de nitrógeno, y aclaró que “aún queda pendiente evaluar la eficiencia de esas plantas en términos de producción vegetal”.
La investigadora del INGEBI señaló que el estudio sienta las bases para avanzar con ensayos a campo que permitan evaluar el impacto agronómico. Junto con el equipo de Jorge Muschietti, también del INGEBI, ya trabajan con arroz para identificar el gen equivalente a HHO5 en esa especie y en otros cultivos de interés agronómico.
Antes de que ese conocimiento llegue a un campo de cultivo, restan pasos por cumplir: probar el gen en la planta de interés, realizar ensayos en distintas condiciones, descartar efectos no deseados y completar los procesos regulatorios.
La científica argentina destacó que este trabajo “ilustra por qué la ciencia básica es necesaria”.
“Sin esta etapa de investigación financiada por instituciones públicas como el CONICET y las universidades públicas, en colaboración con universidades nacionales e internacionales, no existiría la base de conocimiento que se requiere para desarrollar aplicaciones futuras que den respuesta a problemas locales”, concluyó.
Fuente: Infobae