Un reciente estudio llevado a cabo por la Universidad de Tel Aviv ha logrado cultivar y caracterizar variedades de tomates con una eficiencia notable en el uso del agua, sin comprometer su rendimiento. Utilizando la tecnología de edición genética CRISPR, los investigadores han conseguido cultivar tomates que requieren menos agua, manteniendo intactas su productividad, calidad y sabor.
La investigación, liderada por un equipo de científicos de la Escuela de Ciencias Vegetales y Seguridad Alimentaria de la Facultad de Ciencias de la Vida Wise de la Universidad de Tel Aviv, se llevó a cabo en los laboratorios del Prof. Shaul Yalovsky y el Dr. Nir Sade.
Los resultados detallados de este estudio se publicaron en la revista PNAS.
En el contexto del cambio climático y la disminución de los recursos de agua dulce, existe una creciente necesidad de cultivos agrícolas que consuman menos agua sin sacrificar su rendimiento. En este sentido, los científicos explican que, debido a la dependencia de los cultivos del agua para su crecimiento y desarrollo, identificar variedades de plantas adecuadas se ha vuelto particularmente desafiante.
En un proceso llamado transpiración, las plantas liberan agua a través de sus hojas. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono entra en las hojas y se convierte en azúcar a través de la fotosíntesis, que también tiene lugar en las hojas. Estos procesos, transpiración y absorción de dióxido de carbono, ocurren simultáneamente a través de aberturas especiales en la superficie de las hojas conocidas como estomas, que pueden abrirse y cerrarse, regulando así el equilibrio hídrico de las plantas.
En condiciones de sequía, las plantas responden cerrando sus estomas para reducir la pérdida de agua por transpiración. Sin embargo, el problema radica en el vínculo intrínseco entre la transpiración del agua y la absorción de dióxido de carbono, ya que el cierre de los estomas conduce a una disminución en la absorción de dióxido de carbono por parte de la planta. Esta reducción afecta negativamente la producción de azúcar a través de la fotosíntesis.
Dado que las plantas dependen del azúcar generado en la fotosíntesis como fuente de energía vital, cualquier disminución en este proceso impacta negativamente en su crecimiento. En el caso de las plantas de cultivo, esta disminución se traduce en una merma tanto en la cantidad como en la calidad de la cosecha. Por ejemplo, en el caso de los tomates, se observa una reducción en el número de frutos, en su peso y en la cantidad de azúcar presente en cada fruto. Esto se traduce en frutas menos sabrosas y nutritivas.
En el marco de este estudio, los científicos llevaron a cabo una alteración en el tomate mediante la aplicación de edición genética a través del método CRISPR, enfocándose en un gen denominado ROP9. Las proteínas ROP desempeñan el papel de interruptores, alternando entre estados activos e inactivos.
El Prof. Yalovsky explicó: «Hemos descubierto que la eliminación de ROP9 mediante la tecnología CRISPR induce un cierre parcial de los estomas. Este efecto es particularmente evidente al mediodía, cuando la tasa de pérdida de agua de las plantas a través de la transpiración alcanza su punto máximo.»
«En contraste, durante la mañana y la tarde, cuando la tasa de transpiración es menor, no se observaron diferencias significativas en la pérdida de agua entre las plantas de control y las modificadas con ROP9. Gracias a que los estomas permanecieron abiertos por la mañana y la tarde, las plantas pudieron absorber suficiente dióxido de carbono, evitando cualquier disminución en la producción de azúcar por fotosíntesis, incluso durante las horas vespertinas, cuando los estomas estaban más cerrados en las plantas modificadas con ROP9.»
Para evaluar el impacto de la variante ROP9 en el cultivo, los investigadores realizaron un extenso experimento de campo que involucró a cientos de plantas.
Los resultados demostraron que, a pesar de que las plantas modificadas con ROP9 experimentan una menor pérdida de agua durante la transpiración, no se observaron efectos adversos en la fotosíntesis, la cantidad de la cosecha ni la calidad (medida por la cantidad de azúcar en los frutos). Además, el estudio identificó un nuevo y sorprendente mecanismo para regular la apertura y cierre de los estomas, relacionado con los niveles de sustancias oxidantes, conocidas como especies reactivas del oxígeno, en los estomas. Este descubrimiento tiene implicaciones significativas no solo para la mejora de los cultivos, sino también para el conocimiento científico fundamental.
El Dr. Sade agregó: «Existe una notable similitud entre la variante ROP9 del tomate y las proteínas ROP presentes en otros cultivos como el pimiento, la berenjena y el trigo. Por lo tanto, los hallazgos detallados en nuestro informe podrían sentar las bases para el desarrollo de otros cultivos con mayor eficiencia en el uso del agua, así como para una comprensión más profunda de los mecanismos subyacentes a la apertura y cierre estomáticos.»