Rediseñar la fotosíntesis para aumentar la productividad de los cultivos
La fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas, las algas y algunas bacterias utilizan la luz solar, el agua y el dióxido de carbono (CO2) para crear su propio alimento, es fundamental para la vida en la Tierra. El proceso también resulta crucial para mantener los niveles de oxígeno en la atmósfera. Un dato interesante es que la fotosíntesis evolucionó en una época en la que los niveles de CO2 en la Tierra eran mucho más altos. A lo largo de millones y millones de años, los niveles de CO2 han disminuido, en parte debido a la actividad vegetal (el oxígeno es un subproducto de la fotosíntesis). El resultado es que la fotosíntesis no es tan eficiente como antes.
Abordar la seguridad y la calidad alimentarias
Uno de los motivos por los que ha despertado el interés de los científicos es que la seguridad y la calidad alimentarias se han convertido en cuestiones de importancia mundial. El cambio climático afecta a las prácticas agrícolas, y muchas regiones del mundo investigan cómo aumentar la biomasa de manera eficiente y sostenible para alimentar a una población en crecimiento. Es aquí donde entra en juego la idea de mejorar la fotosíntesis en las plantas. «La gente lleva décadas trabajando en eso», explica Stefan Schillberg, coordinador del proyecto PhotoBoost(se abrirá en una nueva ventana) de Fraunhofer IME(se abrirá en una nueva ventana) en Alemania. «Uno de los focos de atención ha sido la RuBisCO, una enzima fotosintética fundamental que convierte el dióxido de carbono en azúcares, pero que también reacciona con el oxígeno, desperdiciando energía». El equipo de PhotoBoost estaba interesado en manipular las enzimas implicadas en la fotosíntesis para hacer que el mecanismo fuera más eficiente. Se aplicaron varios métodos de biología sintética e ingeniería metabólica, incluida la integración de un mecanismo de concentración de carbono de algas y un mecanismo de eliminación de oxígeno.
Lograr mayores rendimientos en los cultivos de patata y arroz
Un método que dio buenos resultados fue la manipulación de un mecanismo de concentración de carbono en el que intervenían diferentes enzimas y proteínas. Se identificaron cuatro proteínas en el mecanismo, y una de ellas en particular fue el foco de la investigación. El objetivo final era mejorar significativamente la fotosíntesis para aumentar la biomasa, especialmente en las partes de las plantas que se consumen, como los tubérculos de la patata y los granos de arroz. «Era importante que demostráramos estas técnicas no solo en invernaderos, sino también en campo abierto», afirma Greta Nölke, científica principal del proyecto PhotoBoost. «Se llevaron a cabo ensayos de campo en Alemania, España y Filipinas». El proyecto logró demostrar un aumento del rendimiento muy superior al obtenido con los métodos de cultivo convencionales. En condiciones de campo cercano, los cultivos de patata con las mejoras fotosintéticas más prometedoras lograron rendimientos hasta un 42 % superiores, mientras que el arroz alcanzó rendimientos hasta un 33 % superiores.
Impulsar una agricultura resistente al clima
Estos resultados demuestran que la fotosíntesis tiene el potencial de ser «reconfigurada» con éxito mediante el uso de la biotecnología para lograr mejoras sustanciales y estables en el rendimiento. Estos métodos podrían utilizarse algún día para apoyar una agricultura resistente al clima, lo que permitiría una mayor productividad frente al cambio climático y la creciente demanda mundial de alimentos. Los siguientes pasos incluyen transferir estas estrategias de mejora fotosintética a otros cultivos. Un ejemplo es el caupí, una legumbre básica fundamental en algunas partes de África, que ahora es el centro de atención de un nuevo proyecto respaldado por Gates Agricultural Innovation. «También nos interesa analizar los efectos de esta tecnología sobre el terreno», afirma Schillberg. «Si produjéramos cultivos con más biomasa, ¿qué implicaría eso en términos de uso de agua, nutrientes y fertilizantes? Además, ¿qué significa esto en términos de calidad nutricional?». Schillberg y su equipo desean seguir investigando estas y otras cuestiones, con la perspectiva a largo plazo de impulsar la agricultura mundial de forma sostenible.
