Ingeniería Genética

¿Cómo alimentar al mundo para 2050? Avance reciente aumenta el crecimiento de las plantas en un 40 por ciento |

16 de Febrero 2019 – Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign

Uno de los desafíos más importantes del siglo XXI es cómo alimentar de manera sostenible a una población mundial en crecimiento y más rica con menos agua y fertilizantes en la disminución de la superficie, a pesar del estancamiento de los rendimientos, las amenazas de plagas y enfermedades y el cambio climático.

«La reunión de este año es sobre ‘Límites que trascienden la ciencia’: la idea de la sesión es resaltar la investigación que trasciende los límites científicos y de conocimiento, con el objetivo final de trascender los límites geográficos y llegar a los pequeños agricultores en África», dijo Lisa Ainsworth. , un científico del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Servicio de Investigación Agrícola (USDA-ARS) y profesor adjunto de biología vegetal en la Universidad de Illinois. Recientemente, Ainsworth recibió el Premio de la Academia Nacional de Ciencias en Ciencias de la Agricultura y la Alimentación 2019.

El orador de la sesión, Donald Ort, profesor Robert Emerson de biología vegetal y ciencias de los cultivos en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de Illinois, discutirá el desafío de la seguridad alimentaria mundial y un reciente avance en la ciencia (ver comunicado de prensa original) que impulsó el crecimiento de los cultivos  en un 40 por ciento al crear un atajo para una falla que afecta a la mayoría de los cultivos alimenticios.

«Las plantas tienen que hacer tres cosas clave para producir el alimento que comemos: capturar la luz solar, usar esa energía para fabricar biomasa vegetal y desviar la mayor cantidad posible de biomasa a rendimientos como los granos de maíz o las papas con almidón», dijo Ort. «En el siglo pasado, los cultivadores de cultivos maximizaron el primero y el tercero de estos, lo que nos deja con el desafío de mejorar el proceso donde se fijan la luz solar y el dióxido de carbono, lo que se conoce como fotosíntesis, para impulsar el crecimiento de los cultivos para satisfacer las demandas del siglo XXI». . «

Este trabajo histórico es parte de Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), un proyecto de investigación internacional que está diseñando cultivos para fotosintetizar de manera más eficiente para aumentar de manera sostenible la productividad alimentaria mundial con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Investigación de Alimentos y Agricultura ( FFAR) y el Departamento de Desarrollo Internacional del Gobierno del Reino Unido (DFID).

«Las plantas terrestres evolucionaron con un problema bioquímico mediante el cual una enzima fotosintética captura con frecuencia oxígeno en lugar de dióxido de carbono, lo que requiere un proceso complejo y costoso en energía llamado fotorrespiración para mitigar este problema», dijo Ort, quien también es director adjunto del proyecto RIPE. «Los cultivos como la soja y el trigo desperdician más del 30 por ciento de la energía que generan a partir de la fotosíntesis que trata con este problema, pero los modelos sugieren que los accesos directos fotorrespiratorios podrían diseñarse para ayudar a la planta a conservar su energía y reinvertirla en crecimiento».

Al tomar genes de algas y calabazas, el equipo diseñó tres rutas alternativas para reemplazar la vía de fotorrespiración nativa tortuosa en el tabaco, una planta modelo utilizada para demostrar el concepto antes de que los científicos transfieran tecnologías a cultivos alimentarios que son mucho más difíciles y requieren más tiempo de ingeniería. y prueba. Ahora, el equipo está traduciendo este trabajo para aumentar los rendimientos de otros cultivos, incluyendo la soja, el frijol, el arroz, la papa, el tomate y la berenjena.

«Es increíble imaginar las calorías perdidas por la fotorrespiración cada año en todo el mundo», dijo Ort. «Recuperar incluso una parte de estas calorías sería un gran éxito en nuestra carrera para alimentar a 9.7 mil millones de personas para el 2050».

Por supuesto, advierte Ort, tomará 15 años o más para que estas tecnologías se traduzcan en cultivos alimentarios y logren la aprobación regulatoria para su distribución a los agricultores. Cuando llegue ese día, RIPE y sus patrocinadores se comprometen a garantizar que los pequeños agricultores, especialmente en África subsahariana y el sudeste asiático, tengan acceso a esta tecnología sin regalías.

Otras charlas en esta sesión incluirán «Descubrimientos para mejorar la fijación de nitrógeno en los cereales» por Jean-Michel Ane ‘, profesor de agronomía en la Universidad de Wisconsin-Madison, y «Edición del genoma para el mejoramiento sostenible de cultivos» para la cosecha de alimentos básicos de yuca por Rebecca Bart, un miembro asistente en el Centro de Ciencia de Plantas Donald Danforth, cuyo trabajo también es apoyado por la Fundación Gates. La sesión concluirá con un panel de discusión sobre cómo la ciencia agrícola está cruzando las disciplinas tradicionales.

Además, dos científicos de plantas líderes del IGB serán admitidos como becarios de la AAAS: Andrew Leakey es profesor de biología vegetal y ciencias de los cultivos en Illinois, que estudia las respuestas de las plantas al cambio climático, así como el desarrollo de cultivos que son más secos. tolerante. Ray Ming es profesor de biología vegetal y experto en genómica de plantas y evolución de los cromosomas sexuales, lo que podría ayudar a mejorar la producción de papaya.

Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign.

Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the fieldScience, 2019; 363 (6422): eaat9077 DOI: 10.1126/science.aat9077

Link de ND  Aumentan el crecimiento de cultivos en un 40% | University of Illinois Urbana-Champaign

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