{"id":84305,"date":"2009-04-01T00:00:00","date_gmt":"2009-04-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2009\/04\/01\/el-proyecto-de-una-superplanta\/"},"modified":"2016-05-04T17:06:54","modified_gmt":"2016-05-04T20:06:54","slug":"el-proyecto-de-una-superplanta","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-proyecto-de-una-superplanta\/","title":{"rendered":"El proyecto de una superplanta"},"content":{"rendered":"

\"Cana-de-a\u00c1\u02d9car\"MIGUEL BOYAYAN<\/span>La ca\u00f1a de az\u00facar del futuro rendir\u00e1 el doble, almacenar\u00e1 una mayor cantidad de az\u00facar en una estructura m\u00e1s f\u00e1cilmente degradable, resistir\u00e1 a enfermedades y herbicidas y requerir\u00e1 una menor cantidad de agua para crecer y adaptarse a un clima m\u00e1s c\u00e1lido y a una atm\u00f3sfera con mayor proporci\u00f3n de gas carb\u00f3nico (CO2<\/sub>). Posiblemente tambi\u00e9n funcione como una f\u00e1brica de sustancias que no produce normalmente. Por lo menos en lo que depende de los investigadores que se reunieron en marzo en la sede de la FAPESP, en S\u00e3o Paulo, durante el workshop Bioen on Sugarcane Improvement (presentaciones disponibles en www.fapesp.br\/bioen<\/a>). “El futuro parece interesante y las perspectivas brillantes”, expresa con optimismo el estadounidense Paul Moore, radicado desde hace 42 a\u00f1os en Hawai y uno de los \u00edconos de la ciencia de la ca\u00f1a de az\u00facar. La realidad, sin embargo, indica que existe un largo camino por recorrer antes de lograr la ca\u00f1a de az\u00facar ideal.<\/p>\n

Los pron\u00f3sticos de ese cient\u00edfico del Centro de Investigaci\u00f3n Agr\u00edcola de Hawai, en caso de concretarse, tendr\u00e1n importantes consecuencias. Seg\u00fan los expertos, una ca\u00f1a m\u00e1s eficiente representa una importante contribuci\u00f3n para la lucha contra el calentamiento global, el desmonte y la poluci\u00f3n atmosf\u00e9rica. Tambi\u00e9n podr\u00e1 hacer frente a la crisis energ\u00e9tica causada por las limitaciones al uso de los derivados del petr\u00f3leo y por el aumento de la poblaci\u00f3n del planeta.<\/p>\n

Moore comenta que actualmente varios factores limitan la productividad de la ca\u00f1a de az\u00facar: las caracter\u00edsticas del suelo, las enfermedades, los insectos y el clima. Si todas las condiciones fueran perfectas, lo que establecer\u00eda un l\u00edmite para la productividad de la planta ser\u00eda su propia fisiolog\u00eda: la ca\u00f1a solamente logra almacenar alrededor del 6% de la energ\u00eda solar que incide sobre ella. Igualmente, la productividad en condiciones experimentales no pasa de la mitad de ese potencial te\u00f3rico, lo cual indica que ser\u00eda posible aumentar la capacidad de producci\u00f3n mejorando las condiciones de cultivo. Para ello, lo ideal es ir m\u00e1s all\u00e1: pensar simult\u00e1neamente en los par\u00e1metros ambientales y en los l\u00edmites intr\u00ednsecos de la planta, entender c\u00f3mo ella funciona desde sus genes hasta las relaciones con el ambiente externo y, quien sabe, aumentar incluso la productividad m\u00e1xima. Una tarea gigantesca, pero \u00e9l dice ser optimista a la par con los avances cient\u00edficos de las \u00faltimas d\u00e9cadas. “Cuando comenc\u00e9 mi carrera en Hawai, hace 42 a\u00f1os, nada se conoc\u00eda sobre los genes de la ca\u00f1a. No se sab\u00eda siquiera c\u00f3mo estudiar un genoma tan complejo. Avanzamos mucho desde entonces”, afirm\u00f3.<\/p>\n

Rossane Casu, de la Organizaci\u00f3n Australiana de Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica e Industrial (Csiro), y Derek Watt, del Instituto de Investigaci\u00f3n para el Az\u00facar de Sud\u00e1frica (Sasri), concuerdan. Ellos participaron de algunos de los primeros esfuerzos para decodificar el ADN de la ca\u00f1a, cuyos resultados fueron incluidos en un banco internacional de datos gen\u00e9ticos (GenBank) entre 1996 y 1998 por Sud\u00e1frica, Australia y Brasil (con el proyecto Sucest, financiado por la FAPESP) en 2003.<\/p>\n

Pasados algunos a\u00f1os de los proyectos de secuenciamiento de los genes expresados de la ca\u00f1a de az\u00facar, a\u00fan se est\u00e1 lejos de poder decir que se conoce la gen\u00e9tica de esa planta. “Todav\u00eda estamos descubriendo genes e intentando descubrir la funci\u00f3n de cada uno de ellos”, cuenta Rosanne. Los investigadores utilizan genomas m\u00e1s conocidos de plantas emparentadas, tales como el del arroz y el del sorgo, como base. Pero la ca\u00f1a posee un genoma m\u00e1s complicado, con alrededor de diez copias de cada gen en lugar de las dos habituales en la mayor parte de los organismos multicelulares. “Y algunos genes de la ca\u00f1a no tienen hom\u00f3nimos en otras plantas”, completa.<\/p>\n

Describir el genoma no es un objetivo en s\u00ed mismo. La investigadora australiana utiliza esa informaci\u00f3n para comprender por qu\u00e9 la planta joven de ca\u00f1a almacena poco az\u00facar. Rosanne descubri\u00f3 que los genes relacionados con el transporte del az\u00facar hacia dentro de las c\u00e9lulas son m\u00e1s activos en las partes maduras del tallo que en la parte joven, lo cual explica el mayor tenor de az\u00facar en la base de la planta. Entender en detalle ese aspecto del metabolismo puede permitir alg\u00fan d\u00eda manipular esos genes para inducir a la planta a almacenar az\u00facar en una porci\u00f3n m\u00e1s amplia del tallo.<\/p>\n

Pero almacenar m\u00e1s az\u00facar en toda la planta puede resultar inviable. Derek Watt intenta descubrir la relaci\u00f3n entre la fotos\u00edntesis, con la que las hojas transforman la energ\u00eda solar en biomasa vegetal, y la acumulaci\u00f3n de az\u00facar: \u00bfpor qu\u00e9 la ca\u00f1a almacena menos en las partes j\u00f3venes de la planta? Durante un experimento, su grupo impidi\u00f3 que el az\u00facar producido en las hojas fuese transportado hacia otras regiones de la planta creando all\u00ed una concentraci\u00f3n artificial de az\u00facar. El resultado fue una inhibici\u00f3n de los genes encargados de la fotos\u00edntesis -de los que Watt, en colaboraci\u00f3n con varios colegas, busca ahora componer un mapa detallado. Por ahora, el genetista sudafricano no piensa en c\u00f3mo aplicar ese conocimiento: para \u00e9l, se trata de investigaci\u00f3n b\u00e1sica de alto nivel y es interesante por s\u00ed misma.<\/p>\n

Comprender ese equilibrio fisiol\u00f3gico entre az\u00facar y fotos\u00edntesis es imprescindible antes de poder pensar en manipulaciones. Dada la complejidad gen\u00e9tica, bioqu\u00edmica y fisiol\u00f3gica de la mayor parte de las caracter\u00edsticas de la planta, Rosanne y Watt concuerdan en que el primer avance en la mejora de la ca\u00f1a de az\u00facar ser\u00e1 en lo que hace a su resistencia -a enfermedades, apuesta ella, o a herbicidas, de acuerdo con \u00e9l. Una dificultad para desarrollar nuevas variedades reside\u00a0 en el tiempo que tarde ese proceso. Seg\u00fan Glaucia Souza, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) y coordinadora del Programa Bioen de la FAPESP, las herramientas gen\u00e9ticas pueden reducir el plazo de selecci\u00f3n de las nuevas caracter\u00edsticas en las plantas, que actualmente demora alrededor de 12 a\u00f1os.<\/p>\n

Igualmente, no resultar\u00e1 tan sencillo. Los programas de mejor\u00eda insertan alteraciones gen\u00e9ticas en plantas de ca\u00f1a, pero no existe manera de conducir esas alteraciones para genes espec\u00edficos. Se necesita cultivar las plantas r\u00e1pidamente, esperar que se desarrollen y que las caracter\u00edsticas se tornen visibles. El conocimiento de los genes responsables de las transformaciones deseadas en la ca\u00f1a -tales como la resistencia a las enfermedades o a la sequ\u00eda- puede permitir la selecci\u00f3n de plantas a\u00fan antes de que crezcan. Glaucia se halla precisamente describiendo las diferencias en la actividad gen\u00e9tica -el denominado transcriptoma, mapa de los genes activos- entre plantas que crecen en ca\u00f1averales irrigados y otras sometidas a la falta de agua, o estr\u00e9s h\u00eddrico. Seg\u00fan ella, producir plantas resistentes a la sequ\u00eda resulta esencial en Brasil, d\u00f3nde el 65% de las tierras disponibles para plantar ca\u00f1a son pasturas que cuentan con una estaci\u00f3n seca prolongada. Cuando la intenci\u00f3n es producir energ\u00eda, no basta limitarse a la comprensi\u00f3n de la reacci\u00f3n de la planta a la falta de agua. Glaucia pretende integrar la red de genes relacionados con la utilizaci\u00f3n del agua y la acumulaci\u00f3n de az\u00facar, un estudio de grandes pretensiones, que demandar\u00e1 mucho tiempo (y dinero) hasta producir resultados. Contar\u00e1 con la ayuda del Consorcio Internacional para el Secuenciado del Genoma de la Ca\u00f1a, del que son part\u00edcipes Brasil, Australia, Estados Unidos, Sud\u00e1frica y Francia.<\/p>\n

\"Bioen2\"MIGUEL BOYAYAN<\/span>Transg\u00e9nica
\n<\/strong>Una buena parte de la manipulaci\u00f3n gen\u00e9tica del Programa Bioen se desarrolla en el laboratorio de la ingeniera agr\u00f3noma Helaine Carrer, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la USP. Para obtener ca\u00f1a transg\u00e9nica, su equipo bombardea las c\u00e9lulas de la ca\u00f1a de az\u00facar con min\u00fasculas esferas de oro revestidas con fragmentos de ADN o las infecta con bacterias capaces de insertar los genes que interesan en la ca\u00f1a. Una de las alteraciones en las que se est\u00e1 trabajando es insertar un gen que interfiere en la muerte celular programada, la apoptosis, en situaci\u00f3n de estr\u00e9s. Ya se ha conseguido producir plantas con ra\u00edces fuertes y m\u00e1s tolerantes a condiciones de estr\u00e9s; ahora se est\u00e1 analizando si las plantas mantienen su vigor cuando escasea el agua. Hace falta desarrollar el proceso para hacerlo m\u00e1s eficiente y comprobar si funciona en los ca\u00f1averales. Helaine va m\u00e1s all\u00e1 en sus planes de controlar los genes de la ca\u00f1a. La planta crece r\u00e1pidamente, siendo eficiente en la fijaci\u00f3n del carbono atmosf\u00e9rico, produce grandes cantidades de biomasa y cuenta con un sistema desarrollado para almacenar sustancias. Todo eso la convierte en una promisoria biof\u00e1brica, que puede producir pl\u00e1sticos biodegradables u otras sustancias. “Pero todav\u00eda no hemos logrado que produzca una cantidad satisfactoria de esos compuestos”, cuenta.<\/p>\n

Aunque los investigadores dominen las t\u00e9cnicas para alterar el material gen\u00e9tico, hasta ahora la ca\u00f1a los ha vencido en esa batalla: de alguna manera, en el campo la planta logra inhibir la actividad de los genes insertos. Los genes pueden estar insertos en el genoma de la ca\u00f1a, pero es como si estuviesen atados y amordazados. Por eso el ingeniero agr\u00f3nomo Jo\u00e3o Carlos Bespalhok, de la Universidad Federal de Paran\u00e1, considera que en menos de cinco a\u00f1os no se lograr\u00e1 una ca\u00f1a transg\u00e9nica comercial. Bespalhok forma parte de la Red Interuniversitaria para el Desarrollo Sucroalcoholero, la Ridesa, que agrupa 11 universidades federales en todo Brasil y cuenta con la mitad del \u00e1rea de cultivo de ca\u00f1averales brasile\u00f1os a su disposici\u00f3n para estudios.<\/p>\n

“Ya se han producido miles de linajes transg\u00e9nicos, pero ninguno comercialmente”, coment\u00f3 el australiano Robert Birch, de la Universidad de Queensland. \u00c9l ha estudiado los mecanismos de la ca\u00f1a para neutralizar los genes extra\u00f1os, y dice haber descubierto reglas para el dise\u00f1o de los genes que superan esa dificultad. Pero, por cuestiones de patentes, no revel\u00f3 cu\u00e1les son esas reglas. “No considero que sea el \u00fanico que ha obtenido esa clase de \u00e9xito; probablemente otros investigadores tambi\u00e9n lo hayan conseguido pero no lo pueden revelar”, expresa. De cualquier manera, espera publicar su m\u00e9todo pronto, que podr\u00e1 utilizarse en cualquier laboratorio de biotecnolog\u00eda. Las t\u00e9cnicas de Birch, un eminencia mundial en lo que respecta a la ingenier\u00eda gen\u00e9tica en ca\u00f1a de az\u00facar, le permiten actualmente sugerir una interesante manera para aumentar la cantidad de az\u00facar almacenado por la planta: introducir un gen que transforma la sacarosa, el az\u00facar natural de la ca\u00f1a, en un tipo de az\u00facar que la planta no reconoce -y as\u00ed contin\u00faa produciendo y almacenando m\u00e1s all\u00e1 del l\u00edmite normal.<\/p>\n

Adaptada
\n<\/strong>No es s\u00f3lo cuesti\u00f3n de inventar una ca\u00f1a de az\u00facar diferente de la natural. El canadiense Rowan Sage, de la Universidad de Toronto, demostr\u00f3 que es preciso comprender los procesos bioqu\u00edmicos que limitan la fotos\u00edntesis en el ambiente de inter\u00e9s. En cada lugar la planta se comporta de una manera diferente, y aparte de eso el clima se est\u00e1 alterando demasiado deprisa como para que la selecci\u00f3n natural pueda actuar. \u00c9l descubri\u00f3 que la enzima rubisco, esencial en el proceso de fotos\u00edntesis, es producida en exceso cuando las temperaturas son m\u00e1s altas y las concentraciones de gas carb\u00f3nico mayores -condiciones \u00e9stas que se est\u00e1n tornando muy comunes en diferentes partes del planeta como consecuencia de los cambios clim\u00e1ticos globales. Por ello, bajo esas condiciones, sugiere utilizar ingenier\u00eda gen\u00e9tica para limitar la producci\u00f3n de rubisco, economizando nitr\u00f3geno que podr\u00eda utilizarse para otras funciones de la planta, tal como aumentar la producci\u00f3n de biomasa. “Y aumentar la producci\u00f3n de ca\u00f1a sin alterar el \u00e1rea plantada constituye un gran servicio para la preservaci\u00f3n del ambiente”, completa Sage.<\/p>\n

El aumento de la fotos\u00edntesis como consecuencia de los crecientes tenores de gas carb\u00f3nico en la atm\u00f3sfera es uno de los temas favoritos del bi\u00f3logo Marcos Buckeridge, docente de la USP y uno de los coordinadores del Bioen, quien verific\u00f3 que la fotos\u00edntesis de la ca\u00f1a resulta m\u00e1s eficiente en un medio con altas concentraciones de CO2<\/sub> (lea en<\/em> Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 157<\/em><\/a>). Ahora \u00e9l habl\u00f3 sobre otro aspecto de la fisiolog\u00eda de la ca\u00f1a: los efectos de la hormona giberelina en las c\u00e9lulas de la planta. Buckeridge mostr\u00f3 que la giberelina estimula la multiplicaci\u00f3n y luego el estiramiento de las c\u00e9lulas de la ca\u00f1a, que logran as\u00ed m\u00e1s espacio para almacenar sacarosa.<\/p>\n

El brit\u00e1nico Graham Bonnet, de la Csiro, muestra que de acuerdo con las condiciones ambientales, la planta adopta diferentes estrategias en la distribuci\u00f3n del carbono que absorbe. Al limitar la irrigaci\u00f3n de las plantas en un invernadero, \u00e9l cre\u00f3 una ca\u00f1a un 41% menor, pero que logra mantener buena parte de la fotos\u00edntesis (el 81%). En esas plantas, \u00e9l observ\u00f3 que el follaje era un 37% menor y la sacarosa almacenada un 27% mayor que en las plantas de tama\u00f1o normal. Descubri\u00f3 tambi\u00e9n que la ca\u00f1a puede poseer el potencial gen\u00e9tico para almacenar mayor cantidad de sacarosa, y eso puede detectarse en las hojas a\u00fan cuando la planta sea peque\u00f1a.<\/p>\n

Los dos d\u00edas de presentaciones cient\u00edficas finalizaron con las exposiciones del australiano Robert Henry, de la Southern Cross University, y Augusto Garcia, de la Esalq. El primero revel\u00f3 c\u00f3mo obtener un inmenso volumen de datos gen\u00e9ticos y el segundo present\u00f3 un software que desarroll\u00f3 para producir mapas gen\u00e9ticos. Qued\u00f3 en evidencia la magnitud del emprendimiento que el grupo se propone al explorar la gen\u00e9tica y la fisiolog\u00eda de la ca\u00f1a de az\u00facar, aparte de las relaciones entre la planta y el ambiente. Paul Moore igualmente se mostr\u00f3 optimista: “Hay muchos j\u00f3venes brillantes que lograr\u00e1n producir un di\u00e1logo entre genetistas y fisi\u00f3logos para conseguir que ese campo de investigaci\u00f3n avance deprisa”.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Expertos discuten los m\u00e9todos para el mejoramiento de la ca\u00f1a de az\u00facar","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[1601],"class_list":["post-84305","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84305","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=84305"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84305\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=84305"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=84305"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=84305"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=84305"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}