En la carrera contra el hambre mundial, se nos acaba el tiempo. Para 2050, la población mundial habrá crecido y urbanizado tanto que tendremos que producir un 87 por ciento más de los cuatro cultivos alimentarios principales: arroz, trigo, soja y maíz, que lo que hacemos hoy.
Al mismo tiempo, se prevé que el clima cambie en los próximos 30 años, con temperaturas más cálidas y más dióxido de carbono CO 2 en la atmósfera.Las plantas de cultivo pueden adaptarse al cambio a través de la evolución, pero a un ritmo mucho más lento que los cambios que estamos causando en la atmósfera.Además, es poco probable que la tierra disponible para cultivar plantas de cultivo se expanda para acomodar el aumento previsto de la demanda.De hecho, la tierra adecuada para la producción de cultivos alimentarios se está perdiendo a escala mundial.
"Tenemos que comenzar a aumentar la producción ahora, más rápido que nunca. Cualquier innovación que hagamos hoy no estará lista para entrar en los campos de los agricultores durante al menos 20 años, porque necesitaremos tiempo para realizar pruebas y desarrollar productosy aprobación de agencias gubernamentales. Sobre esa base, 2050 no está tan lejos. Es por eso que decimos que estamos a un ciclo de mejoramiento de cultivos lejos del hambre ", dice el científico de cultivos Stephen P. Long de la Universidad de Illinois.
Los investigadores de la U de I, junto con su gran equipo de varias instituciones, dicen que una solución radica en la ingeniería genética de mecanismos fotosintéticos para aprovechar el aumento proyectado de las temperaturas globales y el CO 2 y para lograr rendimientos mucho más altos en la misma cantidad de tierra.
"La tasa de fotosíntesis en cultivos como la soja y el arroz está determinada por dos factores", explica Long. "Uno es la enzima que atrapa el CO 2 : llamamos a eso rubisco. Bajo CO atmosférico más bajo 2 niveles y altas temperaturas, rubisco puede cometer un error y usar oxígeno en lugar de CO 2 . Cuando usa oxígeno, en realidad termina liberando CO 2 de vuelta a la atmósfera "
Bajo niveles más altos de CO 2 como los proyectados para climas futuros, rubisco se vuelve mucho más eficiente y las tasas de fotosíntesis aumentan naturalmente a medida que comete menos errores. El carbono fijado por rubisco eventualmente se convierte en carbohidratos que la planta puede usar como fuente de energía para producir granos,frutas y estructuras vegetativas.
Sin embargo, se proyecta que el aumento de las temperaturas acompañará al aumento de CO 2 . Desafortunadamente, la mayor eficiencia de rubisco bajo CO alto 2 comienza a descomponerse en climas cálidos. Es por eso que los socios del proyecto buscan mejorar Rubisco para que funcione de manera eficiente tanto en altas temperaturas como en altas emisiones de CO 2 condiciones
"Nuestros socios están mirando una amplia gama de rubiscos de diferentes organismos para ver si pueden encontrar uno que haga menos de estos errores en climas cálidos", dice Long.
Pero el equipo no se detiene para mejorar rubisco.
Long agrega: "El segundo factor que puede limitar la fotosíntesis es la velocidad a la que todo lo demás en la hoja regenera el CO 2 molécula aceptora, conocida como RuBP. A medida que avanzamos hacia un CO más alto 2 niveles, en lugar de estar limitados por rubisco, estamos limitados por este paso de regeneración. Estamos buscando formas de manipular la velocidad de esa regeneración ".
Los investigadores desarrollaron modelos matemáticos que mostraron cómo, al alterar la forma en que se divide el nitrógeno entre las partes del aparato fotosintético, se podrían producir más carbohidratos en condiciones de mayor temperatura y CO 2 sin que el cultivo requiera más fertilizante nitrogenado
Los modelos se tomaron para una prueba en el campo. Utilizando métodos de ingeniería genética, el equipo trató de acelerar la regeneración de RuBP en plantas de tabaco mientras los sometía a un alto contenido de CO 2 entornos. La prueba de concepto funcionó: las tasas de fotosíntesis y el rendimiento aumentaron.
El siguiente paso del grupo incluirá pruebas en cultivos alimentarios básicos en entornos controlados y en ensayos de campo. Long hace hincapié en que esta solución potencial no estará lista para el lanzamiento comercial durante muchos años, pero no se rendirán.
"Ante los desafíos extraordinarios que tenemos por delante, simplemente no tenemos el lujo de descartar el uso de cualquier tecnología que pueda ser prometedora para mejorar el rendimiento de los cultivos", señala.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y del Medio Ambiente de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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