El arroz sirve como alimento básico para más de la mitad de la población mundial, pero también es una de las mayores fuentes de metano atmosférico, un potente gas de efecto invernadero producido por el hombre. Ahora, con la adición de un solo gen, se puede cultivar arrozpara emitir prácticamente nada de metano de sus arrozales durante el crecimiento. También contiene muchas más propiedades deseadas de la planta, como el almidón para una fuente de alimento más rica y la biomasa para la producción de energía, según un estudio en Naturaleza .
Con sus suelos cálidos y anegados, los arrozales contribuyen con hasta el 17 por ciento de las emisiones globales de metano, el equivalente a aproximadamente 100 millones de toneladas cada año. Si bien esto representa un porcentaje mucho menor de los gases de efecto invernadero en general que el dióxido de carbono, el metano es aproximadamente 20veces más eficaz para atrapar el calor. El arroz SUSIBA2, como se llama la nueva cepa, es el primer arroz con alto contenido de almidón y bajo contenido de metano que podría ofrecer una solución significativa y sostenible.
Los investigadores crearon el arroz SUSIBA2 al introducir un solo gen de la cebada en el arroz común, lo que resultó en una planta que puede alimentar mejor sus granos, tallos y hojas mientras se muere de hambre en los microbios productores de metano en el suelo.
Los resultados, que aparecen en la edición impresa del 30 de julio de Naturaleza y en línea, representan la culminación de más de una década de trabajo de investigadores en tres países, incluido Christer Jansson, director de ciencias de las plantas en el Laboratorio Nacional del Noroeste Pacífico del Departamento de Energía y EMSL, Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del DOE. Jansson y colegashipotetizó el concepto mientras estaba en la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas y realizó estudios en curso en la universidad y con colegas de la Academia de Ciencias Agrícolas Fujian de China y la Universidad Agrícola de Hunan.
"La necesidad de aumentar el contenido de almidón y reducir las emisiones de metano de la producción de arroz es ampliamente reconocida, pero la capacidad de hacer ambas cosas simultáneamente ha eludido a los investigadores", dijo Jansson. "A medida que la población mundial crece, también lo hará la producción de arroz. Y a medida que la Tierrase calienta, al igual que los arrozales, lo que genera aún más emisiones de metano. Es un problema que debe abordarse ".
Canalización de carbono
Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono se absorbe y se convierte en azúcares para alimentarse o almacenarse en varias partes de la planta. Durante mucho tiempo, los investigadores han tratado de comprender y controlar mejor este proceso para obtener las características deseadas de la planta.las semillas en el arroz dan como resultado un grano más almidonado y almidonado. Del mismo modo, el carbono y los azúcares resultantes canalizados a tallos y hojas aumentan su masa y crean más biomasa vegetal, una materia prima de bioenergía.
Al principio del trabajo en Suecia, Jansson y su equipo investigaron cómo la distribución de azúcares en las plantas podría controlarse mediante una proteína especial llamada factor de transcripción, que se une a ciertos genes y los activa o desactiva.
"Al controlar dónde se produce el factor de transcripción, podemos determinar en qué parte de una planta se acumula el carbono y los azúcares resultantes", dijo Jansson.
Para reducir la masa de contendientes genéticos, el equipo comenzó con granos de cebada con alto contenido de almidón, luego identificó los genes que eran altamente activos. La actividad de cada gen se analizó en un intento de encontrar el factor de transcripción específicoresponsable de regular la conversión de azúcar en almidón en las partes aéreas de la planta, principalmente los granos.
El plan maestro
Tras el descubrimiento del factor de transcripción SUSIBA2, para la detección de SUgar en BArley 2, una investigación adicional reveló que era un tipo conocido como regulador maestro. Los reguladores maestros controlan varios genes y procesos en vías metabólicas o reguladoras. Como tal, SUSIBA2 tenía la capacidadpara dirigir la mayoría del carbono a los granos y las hojas, y esencialmente cortar el suministro a las raíces y al suelo donde ciertos microbios lo consumen y convertirlo en metano.
Los investigadores introdujeron SUSIBA2 en una variedad común de arroz y probaron su rendimiento frente a una versión no modificada de la misma cepa. Durante tres años de estudios de campo en China, los investigadores demostraron consistentemente que SUSIBA2 produjo mayores rendimientos de los cultivos y una eliminación casi total del metano.emisiones
Próximos pasos
Jansson continuará su trabajo con SUSIBA2 este otoño para investigar más a fondo los mecanismos involucrados con la asignación de carbono utilizando la espectrometría de masas y las capacidades de imagen en EMSL. Jansson y sus colaboradores también quieren analizar cómo las raíces y las comunidades microbianas interactúan para obtener una comprensión más holísticade cualquier impacto que pueda tener una disminución de las bacterias productoras de metano.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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