Me encontré esta nota sobre un nuevo proyecto en la revista de la Universidad Politécnica de Madrid, y me llamó mucho la atención. Los dejo con la nota (el pdf de la revista se puede descargar de aquí).
«Una investigación mejorará la tolerancia de las plantas a las agresiones ambientales
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), la agricultura actual se enfrenta al enorme desafío de producir suficientes alimentos para una población cada vez más numerosa. A partir de estimaciones actuales, en los próximos 40 años tendremos que producir la misma cantidad de alimentos que la que hemos producido en los pasados 10.000 años para poder alimentar a una población que pasará de 6.000 a 9.000 millones. La agricultura actual deberá afrontar este reto sin la posibilidad de un aumento significativo de la superficie de tierra cultivable y en un panorama de drásticas alteraciones ambientales provocados por el cambio climático.
Entre los aspectos más limitantes para la producción agrícola figuran los factores abióticos, que son aquellos que
determinan el espacio físico en el que se desarrollan las plantas. El agua, la temperatura, la luz, el pH y los nutrientes
del suelo constituyen estos importantes factores que limitan la superficie de tierra y las especies que se pueden cultivar en cada región.
Estos factores son tan básicos para el desarrollo de las plantas que su ausencia, exceso o variaciones respecto al nivel óptimo (como es el caso de la falta y el exceso de agua por sequías e inundaciones o los cambios de temperatura) pueden causar graves alteraciones en el crecimiento y la reproducción de las plantas, es decir un estrés que, al estar causado por los factores ambientales, denominamos “estrés abiótico”.
Consecuencias del estrés abiótico
Estos estreses, por tanto, limitan la producción agrícola reduciendo a corto plazo la cantidad y la calidad de las cosechas y produciendo como consecuencia pérdidas millonarias en el sector.
Así, por ejemplo, en EE UU las pérdidas anuales producidas por la sequía se calculan entre 6 y 8 billones de dólares. Sin embargo, descontando los efectos producidos en el verano de 2005 por el huracán Katrina, la sequía de 1987 a 1989 se considera el desastre natural más costoso documentado en la historia de este país, cifrándose éste en 39 billones de dólares.
En España, teniendo en cuenta los datos de la Unión de Pequeños Agricultores, las pérdidas en la agricultura en 2008 como consecuencia de la sequía sobrepasaron los 1.000 millones de euros. En el periodo 2009-2010, además de las pérdidas ocasionadas por la sequía, hay que añadir las provocadas por las inundaciones.
Según el estudio realizado por la FAO en 2008, en los próximos años se prevé un agravamiento de este problema ya que, como consecuencia del cambio climático, se espera el incremento de las precipitaciones, variaciones más drásticas entre las temperaturas máximas y mínimas y el aumento de la intensidad de las sequías.
Algunos de estos estreses, como la sequía y el aumento de la salinidad producido,entre otras causas, por la irrigación intensiva, no sólo producen efectos a corto plazo sino también a largo que pueden ser irreversibles como, por ejemplo, la continua degradación del suelo y, en los casos más graves, la desertificación. Así, durante los últimos 50 años, a nivel global, dos tercios de las tierras agrícolas han sufrido en cierta medida degradación y prácticamente el 40% de las tierras agrícolas del mundo se encuentran gravemente degradadas. Se calcula que la desertificación irreversible afecta ya a 1.900 millones de hectáreas y, cada año, 10 millones más quedan inservibles para labores agrícolas.
Frente a este desalentador panorama, el uso de plantas de cultivo más tolerantes podría mitigar las consecuencias de las agresiones medioambientales sobre la agricultura. Así, el uso de variedades más resistentes permitiría, por ejemplo, que se pudiera cultivar mayor superficie de tierra, el uso de agua de peor calidad para el riego, el empleo de menos agua durante las estaciones cálidas y el aumento de la producción, incluso en condiciones climatológicas adversas.
Las plantas trangénicas
El continuo incremento de la población humana requiere una agricultura más productiva y mejor adaptada a las condiciones agroclimáticas de cada región. Frente a las técnicas convencionales de mejora, que consisten en el cruzamiento entre variedades con características agronómicas diferentes (en cuanto a crecimiento, tolerancia a estrés, resistencia a plagas, etcétera) y la selección en la progenie de los híbridos con las características más ventajosas, la ingeniería genética constituye la opción más rápida y la única posible cuando las características a seleccionar no se puedan introducir por cruzamientos entre especies por estar estas alejadas evolutivamente.
En los últimos años se ha avanzado mucho en el conocimiento de cómo responden las plantas a nivel celular, bioquímico y molecular ante diferentes estreses. De esta manera, se han identificado numerosos genes que están relacionados con la adaptación de diversas especies a determinadas condiciones de estrés. Este conocimiento, junto a la mejora en las técnicas, ha permitido la obtención de un gran número de plantas transgénicas portadoras de genes que mejoran la adaptación ante condiciones adversas y que presentan una mayor tolerancia al estrés abiótico. Estos resultados validan la producción de plantas transgénicas como una herramienta real para generar plantas de interés agronómico más resistentes a estreses abióticos.
La investigadora Mar Castellano lidera el proyecto Plant cIRES Biotech, que se desarrollará en el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas. “Las plantas son organismos sésiles (sujetos al sustrato del terreno en el que se asientan) por lo que su desarrollo y reproducción dependen en gran medida de las condiciones ambientales a las que están expuestas”, explica Mar Castellano. “Ante condiciones ambientales adversas, tales como los estreses abióticos, las plantas han desarrollado una serie de estrategias fisiológicas, bioquímicas y moleculares que les permiten sobrevivir en dichas condiciones. Estas respuestas tan complejas están medidas por una regulación profunda a nivel génico, es decir, por cambios en la expresión de genes y proteínas”.
En los últimos años, el uso de técnicas que facilitan el análisis masivo ha permitido la identificación de miles de genes cuya expresión aumenta o disminuye en diversas condiciones de estrés. Esta información resulta valiosa pero incompleta, ya que en último término son las proteínas codificadas por estos genes, y no los genes en sí mismos, las responsables últimas de los cambios fisiológicos y bioquímicos que permiten la adaptación de las plantas a los diferentes estreses. La información codificada en los genes para ser efectiva se debe decodificar o lo que es lo mismo traducir en forma de proteínas.
Este proceso denominado síntesis de proteínas o “traducción” está altamente regulado en condiciones ambientales adversas. En este sentido, no todos los genes que se expresan en condiciones de estrés se traducen a proteínas. De hecho, sólo aquellos genes que suelen estar implicados en la adaptación de las plantas al estrés, y que son una mínima parte de los genes expresados en dichas condiciones, se traducen de forma eficiente.
¿Que mecanismo permite la «traducción» selectiva en condiciones de estrés?
Se conoce con bastante detalle el mecanismo que regula la “traducción” en células animales. En este sistema, en ausencia de estrés, la “traducción” comienza con la unión de la maquinaria de “traducción” a una estructura denominada “cap”, que está presente en los genes expresados. Sin embargo, en condiciones de estrés esta unión se encuentra inhibida, lo que bloquea la síntesis global de proteínas.
En estas condiciones, sólo aquellos genes que son capaces de permitir la unión de la maquinaria de traducción de forma no convencional, es decir de forma independiente de la estructura “cap”, se traducen de forma efectiva. Éste es el caso de los genes que codifican algunas proteínas básicas encargadas de activar el programa de adaptación al estrés. Estos genes contienen módulos en sus secuencias denominados IRES que permiten su traducción eficiente en dichas condiciones.
Aunque en el caso de las plantas existe un gran desconocimiento de los mecanismos moleculares que regulan la “traducción” de proteínas en respuesta al estrés, existen numerosas evidencias que sugieren que la “traducción” selectiva de mensajeros en dichas condiciones también podría estar mediada por la presencia de IRES. Sin embargo, se desconocen qué módulos podrían ejercer esta función y su posible regulación.
Objetivos y organismos colaboradores
“Uno de los objetivos de la investigación ‘Plant cIRES Biotech’ consiste en identificar aquellos IRES que permiten la ‘traducción’ de proteínas en condiciones de estrés en las plantas”, subraya la investigadora Castellano. “La caracterización de estos IRES en plantas y el estudio de su regulación en respuesta a estrés constituye por sí solo un avance importante en el conocimiento actual de cómo consiguen las plantas adaptarse a los diferentes estreses”.
Una vez caracterizados, los IRES de plantas se usarán con fines biotecnológicos. La introducción de estos módulos “nos permitirá ‘traducir’ proteínas de interés en condiciones de estrés abiótico en plantas, lo que podría revolucionar por completo la forma de generar plantas transgénicas, con mayores niveles de tolerancia a estrés”.
El proyecto, aparte de generar una información básica para el conocimiento de los mecanismos moleculares que permiten a las plantas adaptarse a los diferentes estreses abióticos, tendrá en el futuro una aplicación directa en biotecnología. La investigación se realiza en el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), un centro mixto UPM-INIA que surgió con la idea de crear un marco de colaboración a nivel científico entre ambas. La participación de las dos instituciones en la gestión y la investigación del proyecto “Plant cIRES Biotech” supone el ejemplo perfecto de dicho marco colaborativo.
Su duración será de cinco años, y en él, además de la doctora Mar Castellano, participarán dos doctores, dos estudiantes predoctorales y un técnico. Cuenta con financiación del Consejo Europeo de Investigación y con una financiación adicional por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación para estudiar aspectos complementarios a este tema de trabajo.
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Fuente: Revista UPM, Abril 2011, N0 19. http://www.upm.es/institucional/UPM/CanalUPM/Revista
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