Descubren la proteína que hace que las plantas “se sientan llenas” de nitrógeno: cómo podría reducir el uso de fertilizantes

Cada vez que un agricultor fertiliza sus cultivos, casi la mitad del nitrógeno que aplica termina en el agua o en el aire, en lugar de llegar a las plantas y eso favorece la contaminación ambiental.

Frente a ese problema, un grupo de científicos de Argentina y de Estados Unidos identificó la proteína que indica a las plantas cuándo tienen suficiente nitrógeno y deben dejar de absorber más.

Esa proteína se llama HHO5 y actúa como un interruptor: cuando la planta ya tiene suficiente nitrógeno orgánico, el que fabrica ella misma para crecer y nutrirse, HHO5 le ordena parar y dejar de tomar más del suelo.

“Los resultados de nuestra investigación en ciencia básica podrían abrir el camino hacia el desarrollo de cultivos que necesiten menos fertilizante para alcanzar el mismo rendimiento”, afirmó la doctora Mariana Obertello, investigadora del Conicet en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular “Dr. Héctor Torres” (INGEBI) y docente de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA). Fue una de las coautoras del trabajo publicado en la revista The Plant Cell.

El estudio fue liderado por la doctora Obertello junto con Gloria Coruzzi, de la Universidad de Nueva York (NYU). El equipo incluyó a Will Hinckley, Joseph Swift, Samantha Frangos y Shao-shan Carol Huang por parte de NYU, y a Francisco Romei y Jorge Muschietti del INGEBI.

Fertilizante, agua y aire contaminados

El nitrógeno que las plantas no absorben no desaparece: se filtra hacia napas y ríos, donde daña la vida acuática y favorece la proliferación de algas tóxicas.

El resto permanece en el suelo y se convierte en óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 273 veces más potente que el dióxido de carbono para atrapar calor en un período de 100 años.

A esto se suma que producir y transportar fertilizantes resulta costoso, depende de cadenas logísticas frágiles y puede ser peligroso debido a la inestabilidad química de algunos de sus componentes.

Obertello subrayó que existe una creciente demanda de cultivos capaces de mantener un alto rendimiento con menor uso de fertilizante nitrogenado. Para lograrlo, se necesita comprender en profundidad cómo las plantas regulan su absorción.

La proteína que frena el apetito

Los investigadores partieron de la idea de identificar qué señales internas llevan a una planta a dejar de tomar nitrógeno del suelo. Para lograrlo, analizaron qué genes responden al nitrógeno según la cantidad disponible en el entorno.

Esa búsqueda los condujo a HHO5, la proteína que controla qué genes se activan o se apagan en toda la planta según la dosis de nitrógeno disponible.

HHO5 se expresa de manera preferencial en el floema, el tejido vegetal encargado de transportar nutrientes de un extremo al otro de la planta, lo que la posiciona como reguladora clave de las señales de nitrógeno.

El equipo de científicos también buscó comprender cómo distintos tipos de nitrógeno afectan la acción de HHO5: el inorgánico, que proviene del suelo y los fertilizantes, y el orgánico, que la planta produce para transportar nutrientes y sintetizar aminoácidos esenciales para la nutrición humana.

Dos roles, una sola proteína

Para estudiar HHO5, los investigadores emplearon Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flor utilizada como modelo en biología vegetal. Aplicaron una técnica llamada DoubleTARGET, que permite analizar cómo dos proteínas reguladoras actúan juntas sobre los genes de una célula.

En este método, HHO5 y su proteína compañera WRKY21 se vinculan a marcadores fluorescentes de distintos colores y se introducen en células vegetales aisladas. La lectura del ARN de esas células, que registra qué genes están activos en ese momento, revela cuáles responden cuando ambas proteínas operan en conjunto.

Los experimentos demostraron que HHO5 cumple dos funciones opuestas según con quién interactúa. Cuando actúa sola, apaga los genes que permiten absorber nitrógeno del suelo; al asociarse con WRKY21, activa los genes que permiten a la planta utilizar el nitrógeno orgánico que ya posee.

“Al identificar reguladores genéticos sensibles a distintos niveles y tipos de nitrógeno, descubrimos un factor regulador que controla el uso del nitrógeno y una clave para mejorar su absorción y asimilación en nitrógeno orgánico en las plantas”, afirmó la doctora Coruzzi.

Del laboratorio al campo

Al analizar plantas mutantes a las que les faltaba el gen HHO5, los investigadores detectaron que absorbían una mayor cantidad de nitrógeno que las plantas normales, en condiciones específicas de baja disponibilidad.

La doctora Obertello indicó que ese aumento se registró en las raíces y a bajas dosis de nitrógeno, y aclaró que “aún queda pendiente evaluar la eficiencia de esas plantas en términos de producción vegetal”.

La investigadora del INGEBI señaló que el estudio sienta las bases para avanzar con ensayos a campo que permitan evaluar el impacto agronómico.

Junto con el equipo de Jorge Muschietti, también del INGEBI, ya trabajan con arroz para identificar el gen equivalente a HHO5 en esa especie y en otros cultivos de interés agronómico.

Antes de que ese conocimiento llegue a un campo de cultivo, restan pasos por cumplir: probar el gen en la planta de interés, realizar ensayos en distintas condiciones, descartar efectos no deseados y completar los procesos regulatorios.

La científica argentina destacó que este trabajo “ilustra por qué la ciencia básica es necesaria”.

“Sin esta etapa de investigación financiada por instituciones públicas como el CONICET y las universidades públicas, en colaboración con universidades nacionales e internacionales, no existiría la base de conocimiento que se requiere para desarrollar aplicaciones futuras que den respuesta a problemas locales”, concluyó.