Si bien proporcionan beneficios para el medio ambiente, algunos árboles también emiten gases a la atmósfera que empeoran la contaminación del aire y alteran el clima. Las pruebas de campo en Oregón y Arizona muestran que los álamos, que emiten pequeñas cantidades de isopreno gaseoso, pueden modificarse genéticamente, nopara dañar la calidad del aire mientras se mantiene su potencial de crecimiento sin cambios.
Los hallazgos, publicados hoy en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , son importantes porque las plantaciones de álamos cubren 9,4 millones de hectáreas 36,294 millas cuadradas en todo el mundo, más del doble de la tierra utilizada hace 15 años. Los álamos son árboles de rápido crecimiento que son una fuente de biocombustibles y otros productos, como papel, paletas,contrachapado y marcos de muebles.
Los álamos y otros árboles utilizados en la agrosilvicultura de las plantaciones, incluidas las palmeras y el eucalipto, producen isopreno en sus hojas en respuesta al estrés climático, como la alta temperatura y la sequía. El isopreno alivia esas tensiones al señalar los procesos celulares para producir moléculas protectoras; sin embargo, el isoprenoes tan volátil que millones de toneladas métricas se escapan a la atmósfera cada año.
El isopreno emitido reacciona con los gases producidos por la contaminación del tubo de escape para producir ozono, que es un irritante respiratorio. El isopreno también causa niveles más altos de producción de aerosoles atmosféricos, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la tierra un efecto de enfriamiento, yhace que aumente el potencial de calentamiento global del metano en la atmósfera un efecto de calentamiento. El efecto de calentamiento es probablemente mayor que el efecto de enfriamiento. El efecto neto del isopreno emitido es empeorar la salud respiratoria y, muy probablemente, calentar la atmósfera.
Una colaboración de investigación dirigida por científicos de la Universidad de Arizona, el Centro de Investigación Helmholtz en Munich, la Universidad Estatal de Portland y la Universidad Estatal de Oregón genéticamente modificados para no producir isopreno, luego los probó en ensayos de tres y cuatro años en plantaciones enOregon y Arizona.
Los investigadores encontraron que los árboles cuya producción de isopreno se suprimió genéticamente no sufrieron efectos nocivos en términos de fotosíntesis o "producción de biomasa". Fueron capaces de producir celulosa, utilizada en la producción de biocombustibles, y crecer tan bien como los árboles que producían isopreno.El descubrimiento fue una sorpresa, dado el papel protector del isopreno en climas estresantes, especialmente en el caso de la plantación de Arizona.
"La supresión de la producción de isopreno en las hojas ha desencadenado vías de señalización alternativas que parecen compensar la pérdida de tolerancia al estrés debido al isopreno", dijo Russell Monson, profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Arizona y autor principaldel estudio "Los árboles exhibieron una respuesta inteligente que les permitió evitar la pérdida de isopreno y llegar al mismo resultado, tolerando efectivamente las altas temperaturas y el estrés por sequía".
"Nuestros hallazgos sugieren que las emisiones de isopreno pueden disminuirse sin afectar la producción de biomasa en las plantaciones de bosques templados", dijo el coautor del estudio Steven Strauss, profesor distinguido de biotecnología forestal en la Universidad Estatal de Oregón. "Eso es lo que queríamos examinar:¿puede rechazar la producción de isopreno y es importante para la productividad de la biomasa y la salud general de las plantas? Parece que tampoco afecta significativamente ".
Los investigadores utilizaron una herramienta de ingeniería genética conocida como interferencia de ARN. El ARN transmite las instrucciones de codificación de proteínas del ADN de cada célula, que contiene el código genético del organismo. Las herramientas genéticas para modificar los árboles y los análisis de proteínas que revelaron cambios en el uso deLas vías bioquímicas fueron desarrolladas por científicos del Instituto de Patología Bioquímica de Plantas, Centro de Investigación Helmholtz en Munich, Alemania, que colaboraron en el estudio.
"La interferencia de ARN es como una vacuna: desencadena un mecanismo natural y altamente específico mediante el cual se suprimen objetivos específicos, ya sea el ARN de virus o genes endógenos", dijo Strauss. "También podría hacer lo mismo a través de la reproducción convencionalSería mucho menos eficiente y preciso, y podría ser una pesadilla para un obtentor que podría necesitar reevaluar todo su germoplasma y posiblemente excluir sus cultivares más productivos como resultado, pero podría hacerse. Nuevas tecnologías como CRISPR, abreviatura de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente entre espacios, que permiten una edición precisa del ADN en tramos específicos del código genético, debería funcionar aún mejor ".
En un descubrimiento adicional, los investigadores descubrieron que los árboles podían adaptarse a la pérdida de isopreno porque la mayor parte del crecimiento de las plantaciones tiene lugar durante épocas más frías y húmedas del año.
"Esto significa que, para esta especie, el ciclo natural de crecimiento estacional funciona a favor de una alta producción de biomasa cuando los efectos beneficiosos del isopreno son menos necesarios", explicó Monson.
Esta observación también aclaró un papel adaptativo para el isopreno en los bosques naturales, donde la protección que mejora la supervivencia durante el estrés climático de mitad de temporada es probablemente más importante que los procesos que promueven el crecimiento temprano en la temporada.
"El hecho de que los cultivares de álamo se puedan producir de una manera que mejore los impactos atmosféricos sin reducir significativamente la producción de biomasa nos da mucho optimismo", dijo Monson. "Estamos luchando por una mayor sostenibilidad ambiental mientras desarrollamos plantaciones de biomasa a escala".fuentes que pueden servir como alternativas de combustibles fósiles ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Russell Monson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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