(Universidad Politécnica de Madrid)
Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica Vegetal (CBGP, UPM-INIA), en colaboración con la Universidad de Lleida-Agrotecnio y la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA), han conseguido producir los primeros cereales transgénicos que expresan dos componentes clave de la nitrogenasa, la enzima que fija el Nitrógeno atmosférico convirtiéndolo en amoníaco.
Cada componente se produjo en una línea de plantas transgénicas distinta y se demostró que es biológicamente activo tanto in vitro como en plantas vivas. Estas plantas transgénicas aún no pueden fijar su propio Nitrógeno porque se necesitan componentes adicionales para reconstruir la enzima nitrogenasa completa, pero el trabajo es innovador porque demuestra por primera vez que es posible expresar estas proteínas altamente sensibles al Oxígeno de manera estable en las plantas, y que las proteínas conserven sus actividades.
Los cultivos requieren Nitrógeno para su crecimiento y productividad porque es un componente importante del ADN, las proteínas, la clorofila y las moléculas de almacenamiento de energía, como el trifosfato de adenosina (ATP). La mayoría de los cultivos dependen del suministro de Nitrato y Amonio a partir de los fertilizantes químicos industriales, pero más de la mitad de estos insumos no se asimilan y se pierden o se infiltran en ríos y lagos como una fuente relevante de contaminación.
Los cultivos de leguminosas como los chícharos y los frijoles albergan bacterias que convierten el gas Nitrógeno directamente en Amoníaco utilizando una enzima llamada nitrogenasa. Este proceso se conoce como fijación biológica de Nitrógeno. La introducción de genes de nitrogenasa en plantas de cultivo les proporcionaría la maquinaria necesaria para fijar el Nitrógeno de forma independiente. Sin embargo, el proceso es extremadamente complejo porque se requieren muchas proteínas individuales diferentes, no sólo como componentes estructurales directos de la nitrogenasa, sino también proteínas accesorias necesarias para su ensamblaje y la provisión de energía. Los principales componentes proteicos también son extremadamente sensibles al Oxígeno.
Los investigadores superaron este cuello de botella crítico al producir dinitrogenasa reductasa funcional (proteína Fe, NifH) y el cofactor de nitrogenasa maturasa (NifB) en líneas de arroz transgénico diferentes. La investigación sobre la expresión de nitrogenasa generalmente se lleva a cabo en plantas modelo de laboratorio. Sin embargo, al centrarse en el arroz, un importante cultivo básico que proporciona la principal o única fuente de calorías para más de 2500 millones de personas en los países en desarrollo, la importancia y el impacto de los resultados de los estudios aumentan sustancialmente.
El investigador principal del proyecto, el Dr. Luis Rubio, dice: «Este es un gran avance de la bioingeniería, ya que derriba dos obstáculos técnicos y muestra el camino para generar cereales fijadores de Nitrógeno». El logro elimina una de las principales limitaciones que obstaculizan la fijación biológica de Nitrógeno en los cultivos y prepara el escenario para el ensamblaje de un complejo de nitrogenasa completo y funcional en las plantas.
El trabajo adicional para establecer plantas que contengan la nitrogenasa completa tendría un impacto duradero en la seguridad alimentaria mundial. El Dr. Paul Christou, profesor de investigación ICREA y líder del proyecto en la Universidad de Lleida-Centro Agrotecnio, dice: «Uno de los principales impactos del trabajo a largo plazo será en los países de ingresos bajos y medios, que no pueden permitirse costosos fertilizantes nitrogenados».
La investigación relacionada ha sido publicada en Communications Biology y ACS Synthetic Biology.
Referencias:
Universidad Politécnica de Madrid. (6 de Octubre de 2022). New advance in the biological fixation of nitrogen in rice. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-10-advance-biological-fixation-nitrogen-rice.html
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