Las legumbres como las judías, los guisantes y las lentejas destacan entre otros cultivos por su capacidad de interactuar con las bacterias del suelo para convertir o “fijar” el nitrógeno en una forma asimilable para la mayoría de los organismos. Sin embargo, este proceso biológico demanda mucha energía de la planta. Por ello, cuando los suelos contienen en cantidades elevadas formas asimilables de nitrógeno (mediante procesos naturales o por aplicación de fertilizantes sintéticos), la planta reduce la fijación de nitrógeno evitando así un gasto innecesario para el organismo.

Un equipo internacional de científicos, en el que han participado investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en España, ha identificado por primera vez un “interruptor de apagado” genético que detiene el proceso mediante el cual las leguminosas convierten el nitrógeno atmosférico en nutrientes.

La eliminación del regulador genético descubierto permitió a los científicos de este equipo mantener la fijación de nitrógeno cuando los niveles de nitrato en el suelo son altos. De este modo las plantas podrían seguir usando nitrógeno del aire independientemente de las condiciones del suelo.

Aumentar la capacidad biológica de las leguminosas para fijar nitrógeno podría ayudar a aumentar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos agrícolas y, al mismo tiempo, reducir la necesidad de fertilizantes sintéticos, que contribuyen a la huella ambiental perjudicial de la agricultura.

Esta investigación se llevó a cabo como parte del proyecto internacional ENSA (Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture). El proyecto ENSA está financiado actualmente por Bill & Melinda Gates Agriculture Innovations (Gates Ag One), una organización sin fines de lucro que invierte en investigación agrícola innovadora para satisfacer las necesidades urgentes y desatendidas de los pequeños agricultores en el África subsahariana y el sur de Asia.

“Desde una perspectiva agrícola, la fijación continua de nitrógeno podría ser una característica beneficiosa que aumenta la disponibilidad de nitrógeno, tanto para la leguminosa como para cultivos futuros que dependen del nitrógeno que queda en el suelo después de que se cultivan las leguminosas”, explica Dugald Reid, coautor del estudio e investigador del ENSA.

“Esto ayuda a sentar las bases para futuras investigaciones que nos proporcionen nuevas formas de gestionar nuestros sistemas agrícolas para reducir el uso de fertilizantes nitrogenados, aumentar los ingresos agrícolas y reducir el impacto del uso de fertilizantes nitrogenados en el medio ambiente”, añade.

El equipo descubrió el regulador conocido como “Fijación bajo nitrato” (FUN, por sus siglas en inglés) después de examinar 150.000 plantas leguminosas individuales en las que se habían eliminado genes para identificar cómo las plantas controlan el cambio de la fijación de nitrógeno a la absorción de nitrógeno del suelo.

Se descubrió que FUN, que es un tipo de proteína conocida como factor de transcripción y cuya función es controlar los niveles de expresión de otros genes, está presente en las legumbres independientemente de si se encuentra activo o inactivo y de los niveles de nitrógeno.

“Como parte del estudio, diseñamos un cribaje genético con miles de plantas cultivadas en invernaderos para identificar los genes que conectan las señales ambientales con las respuestas biológicas”, explica Jieshun Lin, de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, investigador del ENSA y coautor del estudio. “Al aumentar los niveles de nitrato disponibles para nuestra leguminosa modelo, pudimos identificar aquellas con una regulación deficiente de la fijación de nitrógeno y descubrir el mutante FUN”.

A continuación, el equipo utilizó una combinación de bioquímica, análisis de expresión genética y microscopía para descubrir que FUN se organiza en largos filamentos de proteína cuando está inactiva. Esto llevó al descubrimiento secundario de que los niveles de zinc desempeñan un papel en hacer que FUN se active y detenga la fijación de nitrógeno.

“Descubrimos que cambiar el nitrógeno del suelo altera los niveles de zinc en la planta. El zinc no se había relacionado previamente con la regulación de la fijación de nitrógeno, pero nuestro estudio encontró que un cambio en los niveles de zinc a su vez activa FUN, que controla una gran cantidad de genes que inhiben la fijación de nitrógeno”, explica Kasper Andersen, coautor del estudio e investigador del ENSA. “Por lo tanto, eliminar FUN crea una condición en la que la planta ya no bloquea la fijación de nitrógeno”, concluye

El estudio se titula “Zinc mediates control of nitrogen fixation via transcription factor filamentation”. Y se ha publicado en la revista académica Nature.

Ahora, el equipo está investigando cómo se comportan otros cultivos de leguminosas comunes, como la soja y las judías, cuando FUN pierde su actividad.

Fuente: noticiasdelaciencia.com