Descubren cómo manipular la fotosíntesis y hacer la agricultura más resistente a los fenómenos meteorológicos extremos
Los investigadores han descubierto cómo algunas plantas han desarrollado una fotosíntesis extremadamente eficiente. Esto podría revolucionar la agricultura, haciendo que cultivos como el arroz y el trigo sean más productivos y resistentes al cambio climático.
Hace tres mil millones de años, la fotosíntesis comenzó a surgir en pequeñas bacterias antiguas en un planeta Tierra aún cubierto de agua. Durante los siguientes millones de años, estas bacterias evolucionaron hasta convertirse en las primeras plantas del planeta. Con cada cambio ambiental, estos organismos se volvieron cada vez más resistentes.
Hace unos 30 millones de años, esta evolución alcanzó su punto máximo con la aparición de una fotosíntesis mucho más eficiente. Mientras que plantas como el arroz continuaron usando una forma más antigua de fotosíntesis, conocida como C3, otras plantas como el maíz y el sorgo se adaptaron y comenzaron a usar la versión más nueva y eficiente, llamada C4.
La diferencia entre la fotosíntesis C3 y C4
Hoy en día, se conocen alrededor de ocho mil plantas C4. Estas especies son particularmente resistentes, producen bien en climas cálidos y secos y son algunos de los cultivos más productivos del mundo. Sin embargo, alrededor del 95 % de las plantas del mundo aún permanecen atrás, utilizando la fotosíntesis C3 para sobrevivir.
En comparación con las plantas C4, las C3 tienen dos limitaciones principales:
- Aproximadamente el 20 % de las veces, el oxígeno se utiliza accidentalmente en lugar de dióxido de carbono y debe reciclarse, lo que ralentiza el proceso y desperdicia energía;
- Los poros de la superficie de la hoja se abren con demasiada frecuencia mientras esperan que entre dióxido de carbono, lo que hace que la planta pierda agua y se vuelva más vulnerable a la sequía y al calor.
La fotosíntesis C4 resuelve estos problemas reclutando células adicionales, que normalmente sólo sirven para sostener las nervaduras de la hoja, para ayudar a la fotosíntesis. Esto aumenta la eficacia del proceso hasta en un 50 %.
Utilizando tecnología de genómica unicelular, los científicos identificaron que la transición evolutiva de la fotosíntesis C3 a C4 no implicó la creación de nuevos genes, sino cambios en los reguladores genéticos. Se identificó un grupo de proteínas llamadas DOF como clave importante en el proceso: activan tanto los genes de la fotosíntesis como los de las células especializadas en la fotosíntesis C4.
Este descubrimiento indica que las plantas C3 ya poseen los genes necesarios para adoptar la fotosíntesis C4, lo que abre la posibilidad de modificar cultivos esenciales como el arroz, el trigo y la soja para que se vuelvan más productivos y resilientes al cambio climático, problema con el que, lamentablemente, la agricultura tendrá que afrontar en las próximas décadas.
El siguiente paso en la investigación es probar si el arroz puede modificarse genéticamente para utilizar la fotosíntesis C4. Si este objetivo se logra en los próximos años, esta innovación podría transformar completamente la agricultura, permitiendo la creación de cultivos más productivos, resistentes a la sequía y a las altas temperaturas.
Los datos generados por la investigación también se compartieron a nivel global, generando entusiasmo entre los científicos interesados en adaptar las plantas a las condiciones climáticas futuras.
Referencia de la Noticia:
Joseph Swift et al. Exaptation of ancestral cell-identity networks enables C4 photosynthesis. Nature, 2024.