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“Interruptor de saciedad”: identifican un gen que regula la absorción de nitrógeno y abre una vía para cultivos más eficientes
Investigadores del Conicet, la UBA y la Universidad de Nueva York descubrieron un mecanismo genético que permite a las plantas detectar cuándo ya cuentan con suficiente nitrógeno
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Un equipo de científicos del Conicet, la FCEN-UBA y la Universidad de Nueva York (NYU) identificó un gen que funciona como un verdadero “interruptor de saciedad” del nitrógeno, un descubrimiento que podría sentar las bases para desarrollar cultivos más eficientes en el uso de fertilizantes nitrogenados.
El hallazgo fue realizado en Arabidopsis thaliana, una especie utilizada como modelo experimental en biología vegetal debido a que comparte numerosos mecanismos genéticos y fisiológicos con cultivos de importancia agronómica. Los resultados fueron publicados en la revista científica The Plant Cell y citados por un informe de prensa del Conicet.
El nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para la producción agrícola. Participa en procesos clave como el crecimiento de la biomasa, la fotosíntesis, el desarrollo del sistema radicular y la formación de granos. Sin embargo, la eficiencia de utilización de los fertilizantes sigue siendo un desafío a nivel global.
“Las plantas solo absorben alrededor del 50% del nitrógeno disponible de los fertilizantes, que además son costosos y generan un impacto ambiental negativo”, explicó Mariana Obertello, investigadora del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular (INGEBI-CONICET) y directora del trabajo. Según señaló, la creciente necesidad de producir más alimentos con menor impacto ambiental impulsa la búsqueda de cultivos capaces de mantener sus rendimientos utilizando menos fertilizantes.
El papel del gen HHO5
El estudio identificó al gen HHO5, un factor de transcripción, es decir, una proteína capaz de activar o desactivar otros genes. De acuerdo con los investigadores, este gen cumple una función central en la regulación de la absorción de nitrógeno.
“Cuando la planta acumula suficiente nitrógeno orgánico, se activa HHO5, que regula de manera directa o indirecta cerca del 12% de los genes que responden a la disponibilidad de nitrógeno”, indicó Obertello.
El mecanismo descubierto opera como un sistema de control interno. Cuando la planta detecta que ya cuenta con suficiente nitrógeno procesado y almacenado en sus tejidos, HHO5 desencadena una serie de respuestas que limitan la incorporación de más nutrientes desde el suelo. Por un lado, reprime genes responsables de la absorción de nitrato, la principal forma de nitrógeno inorgánico disponible para las plantas, entre ellos NRT1.1. Por otro, estimula genes vinculados con el metabolismo del nitrógeno orgánico, favoreciendo un uso más eficiente de las reservas internas.
La investigación distingue dos formas principales de nitrógeno. El nitrógeno inorgánico es el que la planta absorbe desde el suelo, ya sea de manera natural o a través de fertilizantes. En cambio, el nitrógeno orgánico es el que ya fue transformado por la propia planta y almacenado en sus células.
“Cuando hay suficiente nitrógeno orgánico circulando en el interior de la planta, esta interpreta que está saciada y no necesita seguir absorbiendo más nitrógeno inorgánico del suelo. Justamente ese mecanismo de sentirse llena es el centro de este estudio”, explicó Jorge Muschietti, investigador del CONICET en el INGEBI y en el Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental de la FCEN-UBA.
Qué ocurrió al eliminar el gen
Para comprender el papel de HHO5, los investigadores combinaron herramientas de genómica, bioquímica, fisiología vegetal y análisis bioinformáticos. Uno de los experimentos consistió en eliminar el gen y estudiar el comportamiento de las plantas resultantes.
Los resultados mostraron que las plantas mutantes, sin HHO5, llegaron a absorber casi tres veces más nitrógeno inorgánico que las plantas normales en determinadas condiciones. Ese comportamiento confirmó que el gen actúa habitualmente como un freno a la absorción.
Sin embargo, la mayor captación de nitrógeno no se tradujo en mejores resultados. Las plantas mutantes desarrollaron raíces más cortas, produjeron menos semillas por fruto y generaron semillas con menor contenido de nitrógeno. Según los investigadores, esto demuestra que una absorción excesiva y sin regulación puede tener consecuencias negativas para el desarrollo de la planta.
El trabajo también reveló que HHO5 apaga directamente genes vinculados a la absorción de nitrógeno inorgánico, mientras que para activar otros genes relacionados con el metabolismo necesita actuar en conjunto con otra proteína denominada WRKY21.
Además, mediante herramientas bioinformáticas, el equipo logró integrar información genómica previamente publicada sobre las respuestas de las plantas al nitrógeno orgánico e inorgánico. Ese análisis permitió construir una red regulatoria que conecta a HHO5 con múltiples genes sobre los que ejerce influencia directa e indirecta.
El próximo paso: llegar a los cultivos
Los investigadores destacan que el uso de Arabidopsis thaliana permite identificar mecanismos complejos antes de trasladar esos conocimientos a especies de interés productivo.
“Ahora el desafío es encontrar genes y mecanismos homólogos en cultivos como arroz, maíz y trigo”, señaló Muschietti.
Para Obertello, la importancia de estos resultados radica en su potencial aplicación futura. “Saber que HHO5 controla el encendido y apagado de genes involucrados en la incorporación de nitrógeno nos permite pensar en variedades capaces de aprovechar mejor el nitrógeno disponible en el suelo y reducir la necesidad de aplicar tantos fertilizantes”, afirmó.
La investigación fue desarrollada en colaboración con el laboratorio dirigido por Gloria Coruzzi en el Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la Universidad de Nueva York. También participaron los investigadores Will E. Hinckley, Joseph Swift, Samantha Frangos, Shao-Shan Carol Huang y Francisco Romei, del INGEBI y de la FCEN-UBA.
LA NACION
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