Hay bastantes maneras en las que podríamos beneficiarnos de ajustar la composición genética de las plantas. Los científicos que están haciendo grandes avances en esta área aclaman nuevas y emocionantes posibilidades en torno a la mejora de la seguridad de los cultivos, nuevos tipos de medicamentos de origen natural y, tal vez, flores de un nuevo color muy bonito. Los investigadores del Instituto Salk se están acercando a esta tecnología con un pensamiento muy amplio, buscando editar los genes de los cultivos más comúnmente sembrados de la humanidad para que almacenen más dióxido de carbono bajo tierra como una forma de combatir el cambio climático. Y en un artículo publicado la semana pasada, describen su primer gran avance.

Plantas sobrealimentadas
La Iniciativa de Plantas de Aprovechamiento es un equipo de científicos del Instituto Salk de California que esperan aprovechar las tecnologías de edición genética para que las plantas puedan ayudar a detener la marea del calentamiento global. Pero no cualquier planta. El maíz, la soja, el arroz, el trigo, el algodón y la colza son las especies a la vista de los científicos mientras investigan los misterios moleculares de la vida vegetal. Y con razón, como explica el miembro del equipo Wolfgang Busch.

«Estamos interesados en lograr el mayor impacto en el almacenamiento de carbono en el suelo», dice Busch, biólogo molecular y autor del nuevo estudio, según New Atlas. «Hacer un impacto significativo en los niveles de CO2 en la atmósfera es un reto masivo. La agricultura es una de las actividades humanas más enormes y se realiza a gran escala. Estas seis especies se encuentran entre los cultivos más frecuentes y se cultivan en casi 800 millones de hectáreas de tierra en todo el mundo. Eso significa que el impacto que se puede lograr al concentrarse en estos seis cultivos es potencialmente enorme si, en una fracción significativa de la tierra que ocupan estos cultivos, se pueden cultivar variedades mejoradas de estas plantas de cultivo que capturan carbono».

Los científicos que trabajan en la Iniciativa de Plantas de Aprovechamiento están abordando este problema desde tres ángulos diferentes, pero estrechamente relacionados. Uno de sus objetivos es aumentar la cantidad de una sustancia llamada suberina dentro de una planta, que se produce de forma natural y hace un gran trabajo de absorción de carbono. Otro objetivo es cultivar especies de plantas que producen muchas más raíces. Otra es hacer que esas raíces sean más profundas.

«La mayor parte de la masa seca de la raíz consiste en carbono», nos dice Busch. «Este carbono suele ser degradado por los microorganismos del suelo. Cuanto más profundas son las raíces, más lenta es su degradación, ya que la actividad microbiana disminuye con el aumento de la profundidad del suelo. El carbono derivado de la raíz en suelos más profundos se almacena más tiempo que el que está cerca de la superficie».

Una inmersión profunda
La búsqueda de raíces más profundas llevó a Busch y a sus colegas a una hormona vegetal llamada auxina, que desempeña un papel importante en la arquitectura del sistema radicular. Aunque los científicos entendieron esto, los mecanismos exactos que sustentaban su influencia eran relativamente desconocidos. Al empalmar una planta de berro de tallo por la mitad como modelo para el estudio, el equipo pudo entonces obtener una visión más clara de cómo el ajuste de ciertos genes produjo resultados diferentes.

The root system of the thale cress plant, spliced in half for easier study

«Sabíamos que una de las hormonas vegetales más importantes, la auxina, está involucrada en la forma en que crecen las raíces», dice Busch. «Esto incluye la tendencia de las raíces a crecer hacia abajo, hacia el centro de la Tierra. Por lo tanto, buscamos genes y sus variantes que cambiaron la forma en que las raíces crecen cuando alteramos el equilibrio de auxina. El gen y sus variantes que luego encontramos causaron que las raíces fueran más lentas en corregir su crecimiento cuando no crecían hacia abajo. También encontramos que afectaba a todo el sistema radicular del suelo».

El equipo describe este descubrimiento, que puede alterar un gen para producir raíces más profundas, como «increíblemente excitante» y el primero en el camino hacia el logro de sus objetivos. El avance se centra en un gen llamado EXOCYST70A3, que parecía tener una conexión directa con el desarrollo del sistema radicular de la planta al formar la distribución de una proteína clave en el transporte de auxina.

«Los sistemas biológicos son increíblemente complejos, por lo que puede ser difícil conectar los mecanismos moleculares de las plantas a una respuesta ambiental», dice el primer autor del estudio Takehiko Ogura. «Al vincular cómo este gen influye en el comportamiento de las raíces, hemos revelado un paso importante en cómo las plantas se adaptan a los ambientes cambiantes a través de la vía de la auxina.»

Más allá del laboratorio
Este singular gen representa una pequeña pieza del rompecabezas que la Iniciativa de Plantas de Aprovechamiento pretende resolver, y uno aún más pequeño en el panorama general del cambio climático. Pero la vegetación siempre ha jugado un papel importante en el secuestro del dióxido de carbono y en el mantenimiento del equilibrio climático de la Tierra, por lo que si se pueden aplicar pequeños retoques genéricos a gran escala, sin duda tienen el potencial de mover la aguja.

La planta de berro de thale que el equipo utilizó como modelo para sus experimentos no es probable que encaje en el molde, pero los científicos son optimistas de que las lecciones aprendidas aquí pueden ser aplicadas en otros lugares. El final es lo que el equipo llama la Planta Salk Ideal, que contaría con sistemas radiculares más profundos y robustos que almacenan el carbono bajo tierra durante más tiempo. Dice que estos sistemas radiculares mejorados también harán que las plantas sean más duraderas frente al cambio climático y enriquecerán el suelo.

Convertir estos primeros resultados en cultivos sobrecargados que luchen contra el cambio climático, produzcan mayores rendimientos y ayuden a garantizar la seguridad alimentaria para una población en crecimiento llevará tiempo. Pero debido a los paralelismos entre el modelo utilizado en su estudio y la mayoría de las especies de plantas, el equipo siente que ha dado un paso pequeño, pero significativo en la dirección correcta.

«Para aumentar la profundidad de enraizamiento en las plantas de cultivo, nuestro objetivo es identificar genes similares a los que encontramos en este estudio con la misma función», dice Busch. «Esto es muy probablemente posible porque el gen o genes muy similares al que encontramos en nuestro estudio ocurren en todas las especies de plantas, incluyendo las especies de cultivos. También estamos buscando sistemáticamente otros genes y variantes genéticas que hacen que las raíces crezcan profundamente».