La investigación liderada por la Universidad de California-Riverside en biología sintética ofrece un método que reprograma plantas para que consuman menos agua después de ser expuestos a un producto agroquímico, abriendo nuevas puertas para el mejoramiento de cultivos.
Los cultivos y otras plantas se enfrentan constantemente a las condiciones adversas del medio ambiente, tales como el aumento de las temperaturas y la disminución de los suministros de agua dulce, los cuales reducen la producción y le cuesta a los agricultores miles de millones de dólares anuales.
La sequía es un importante factor de estrés ambiental que afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cuando las plantas se encuentran con la sequía, ellas naturalmente producen ácido abscísico (ABA), una hormona del estrés que inhibe el crecimiento de la planta y reduce el consumo de agua. Específicamente, la hormona activa un receptor (proteína especial) en las plantas como si fuera una mano que encaja en un guante, lo que resulta en cambios beneficiosos tales como el cierre de los estomas, para reducir el agua perdida ayudando a las plantas a sobrevivir.
Si bien es cierto que los cultivos podrían ser rociados con ABA para ayudar a su supervivencia durante una sequía, el ABA es costoso hacer, se inactiva rápidamente en el interior de las células vegetales y es sensible a la luz, y por lo tanto no se le ha encontrado una utilidad mucha directa en la agricultura. Varios grupos de investigación están trabajando para desarrollar imitadores sintéticos del ABA para modular la tolerancia a la sequía, pero una vez descubiertos estos imitadores se espera que estos enfrenten largos y costosos procesos de desarrollo.
La mandipropamida agroquímica, sin embargo, ya se usa ampliamente en la producción agrícola para controlar las plagas de los cultivos de frutas y hortalizas. ¿Podrían los cultivos amenazados por la sequía ser diseñados para responder a la mandipropamida como si se tratara del ABA, y por lo tanto mejorar su supervivencia durante la sequía? Sí, según un equipo de científicos, dirigido por Sean Cutler de la Universidad de California-Riverside.
Los investigadores trabajaron con Arabidopsis y la planta del tomate. En el laboratorio, ellos utilizaron métodos biológicos sintéticos para desarrollar una nueva versión de los receptores del ácido abscísico de estas plantas, diseñados para ser activados por la mandipropamida en lugar del ABA. Los investigadores demostraron que cuando las plantas reprogramadas eran rociadas con mandipropamida, estas sobrevivían efectivamente a las condiciones de sequía mediante la activación de la ruta del ácido abscísico, que cierra los estomas en sus hojas para evitar la pérdida de agua.
El hallazgo pone de manifiesto el poder de los métodos de biología sintética para la manipulación de los cultivos y abre nuevas puertas para el mejoramiento de cultivos que podrían beneficiar a una población mundial en crecimiento.
Sean Cutler comenta que el reutilizar con éxito un producto agroquímico para una nueva aplicación mediante la ingeniería genética de un receptor vegetal no se había hecho antes. Ellos anticipan que este método de reprogramación de respuestas vegetales utilizando la biología sintética permitirá a otros agroquímicos controlar otras características útiles tales como las tasas de resistencia a enfermedades o de crecimiento.
Cutler explicó que descubrir un nuevo producto químico y luego tener que evaluarlo y aprobarlo para su uso es un proceso extremadamente engorroso y costoso que puede tomar años. Mediante la biología sintética se tiene eludido este obstáculo pues en esencia, como se ve en este trabajo, ellos tomaron algo que ya funciona en el mundo real y reprogramaron una planta de modo que el químico pudo controlar el uso del agua.
La ingeniería de proteínas es un método que permite la construcción sistemática de muchas variantes de proteínas probándolas también para ver nuevas propiedades. Cutler y sus colaboradores utilizaron la ingeniería de proteínas para crear receptores vegetales modificados en las que la mandipropamida podría encajar y potentemente causar la activación del receptor. El receptor diseñado se introdujo en Arabidopsis y en plantas de tomate, que luego respondieron a la mandipropamida como si estuvieran siendo tratadas con ABA. En ausencia de la mandipropamida, estas plantas mostraron diferencias mínimas en comparación con las plantas que no poseen proteínas modificadas.