Desarrollando plantas que requieren un 25% menos de agua

Es necesario llegar al 2050 produciendo un 70% más de alimentos que en estos momentos, por lo que el desafío es inmenso para lograr que la población mundial se alimente -al menos- al mismo nivel que ahora.

De las diversas limitantes que existen para lograr este objetivo, dos son las que sobresalen: la cantidad de tierra cultivable y la cantidad de agua dulce disponible como lluvia o riego.

Estomas
Estomas

Por tal motivo, una línea de investigación que se está trabajando es hacer a las plantas más eficientes en el uso del agua. O sea, que requieran menos cantidad de agua por cada unidad de producción.

De lograrse plantas más eficientes en la demanda hídrica se estará interviniendo sobre las dos limitantes antes mencionadas. Se podrán poner bajo cultivo tierras poco beneficiadas con lluvias, hoy destinadas seguramente a una ganadería muy extensiva. O bien, los cultivos de áreas hoy trabajadas soportarán mejor los momentos de escasez de lluvias o requerirán menor cantidad de agua dulce en el riego.

En el siguiente paper se informa sobre una experimentación que significa un gran avance en cuanto a la eficiencia hídrica de las plantas. Esto es debido a que plantean la posibilidad de reducir en un 25% el uso del agua mediante el control de un gen que es común a todos los vegetales que poseen estomas (plantas vasculares y algunos musgos).

Photosystem II subunit S Overexpression Increases the Efficiency of Water Use in a Field-Grown Crop
Por Katherine Kucera del Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois, EEUU, y colegas.
Publicado en Nature Communications, marzo/18

Los estomas son sistemas formados por dos celulas oclusivas ubicadas en la epidermis de las plantas con una forma de media luna, dejando en el centro una cavidad llamada ostíolo. Dado que la epidermis es impermeable al agua y a los gases, el sistema estomática actúa como diminutas ventanitas que dejan pasar los gases. Las células oclusivas abren y cierran el ostíolo dejando pasar los gases según ciertas condiciones fisiológicas de las plantas y del ambiente exterior.

Estomas en una hoja
Estomas en una hoja

Diversos factores desencadenan la apertura y el cierre de los estomas: la humedad ambiental, la temperatura de las hojas, la presencia de vientos que aumentan la transpiración, el nivel de dióxido de carbono en la planta, la calidad de la luz y la cantidad de luz. Cuando se abren los estomas, entra el dióxido de carbono para intervenir en la fotosíntesis; aunque en el mismo momento, el agua tomada por las raíces se escapa mediante la transpiración y también sale el oxígeno a la atmósfera liberado en el proceso fotosintético.

El intercambio de CO2 y O2 a través de los estomas es algo favorable, no así la salida de agua, que también lo hace en forma gaseosa. Por tal motivo, las plantas al evolucionar desarrollaron dos estrategias para limitar la pérdida de agua. Por una parte, ubicaron los estomas en el envés de las hojas para evitar la acción directa de los rayos solares y por otro lado, posibilitaron que los estomas abran o cierren los ostíolos según las condiciones antes mencionadas.

Por ejemplo, no se desperdiciará agua como transpiración si la luz es insuficiente en cantidad y calidad ya que en ese momento no estará funcionando el proceso de la fotosíntesis, por lo que carece de utilidad que entre CO2. De tal manera que los estomas se abren durante el día y se cierran durante la noche.

En el artículo arriba mencionado se utiliza un 25% menos de agua en plantas de tabaco mediante el control de la expresión de un gen que se encuentra en todas las plantas. Al aumentar los niveles de una proteína fotosintética (PsbS) se conserva el agua ya que se engaña a la planta para que cierre parcialmente sus estomas. La PsbS le dice a la planta la cantidad de luz que recibe, por lo que su manipulación permite que le indique que la cantidad de luz es insuficiente y que debe cerrar sus estomas ya que no se necesita CO2.

La investigación mejoró la eficiencia de uso del agua de la planta sin sacrificar significativamente la fotosíntesis ni el rendimiento en ensayos de campo con plantas de tabaco transgénico.

Por otra parte, se sabe que la concentración de CO2 en la atmósfera ha aumentado en un 25 por ciento en los últimos 70 años, por lo que la planta debería poder acumular el mismo y suficiente CO2 con menor tiempo de apertura de los estomas.

Como conclusión final, el equipo de investigadores expresó que las plantas de tabaco con expresión aumentada de PsbS han mostrado una menor apertura estomática en respuesta a la luz e hipotetizó que esta manipulación debe ser efectiva en todos los cultivos. Por lo que próximamente aplicarán su descubrimiento para mejorar la eficiencia en el uso del agua de cultivos alimentarios.