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Los trigos eficientes en nitrógeno pueden proporcionar más alimentos con menos emisiones de gases de efecto invernadero

Los científicos utilizaron un rasgo de la hierba silvestre que inhibe a los microbios del suelo de producir compuestos de nitrógeno perjudiciales para el medio ambiente. El uso generalizado de la nueva tecnología podría reducir el uso global de fertilizantes para los cultivos de trigo.

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Una colaboración internacional ha descubierto y transferido a variedades de trigo de élite un segmento cromosómico de la hierba silvestre que hace que las raíces segreguen inhibidores naturales de la nitrificación, lo que ofrece una forma de reducir el uso de fertilizantes pesados para el trigo y de disminuir las fugas de nitrógeno del cultivo a las vías fluviales y al aire, al tiempo que se mantiene o aumenta su productividad y la calidad del grano, según un nuevo informe en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América.

El cultivo de variedades de trigo dotadas del rasgo de inhibición biológica de la nitrificación (BNI, en inglés) podría aumentar el rendimiento tanto en suelos bien fertilizados como en los pobres en nitrógeno, según G.V. Subbarao, investigador del Centro Internacional de Investigación de Ciencias Agrícolas de Japón (JIRCAS) y autor principal del nuevo informe.

“El uso de variedades de trigo que presentan BNI abre la posibilidad de una mezcla más equilibrada y productiva de nutrientes nitrogenados para los campos de trigo, en los que actualmente predominan los compuestos nitrogenados altamente reactivos que proceden en gran parte de los fertilizantes sintéticos y pueden dañar el medio ambiente”, dijo Subbarao.

El trigo, el cultivo alimentario más extendido del planeta, es consumido por más de 2.500 millones de personas en 89 países. Casi una quinta parte de los fertilizantes a base de nitrógeno que se utilizan en el mundo se destinan cada año al cultivo del trigo, pero, al igual que ocurre con otros grandes cereales, hortalizas y frutas, el cultivo absorbe menos de la mitad del nitrógeno aplicado.

Gran parte del resto es arrastrado por la corriente, contaminando las aguas subterráneas con nitrato y contribuyendo a la proliferación de algas en lagos y mares, o es liberado al aire, a menudo como óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono.

El equipo del estudio se centró primero en la región cromosómica asociada a la fuerte capacidad de BNI en la especie de hierba perenne Leymus racemosus y la trasladó de la hierba, mediante técnicas de “cruce amplio”, al cultivar Chinese Spring, una variedad autóctona de trigo utilizada a menudo en estudios genéticos. A partir de ahí, transfirieron la secuencia cromosómica BNI a varias variedades de trigo de élite de alto rendimiento, lo que permitió casi duplicar su capacidad BNI, medida mediante análisis de laboratorio del suelo cerca de sus raíces.

Los nuevos trigos —variedades de élite del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en las que se cruzó el rasgo BNI— redujeron en gran medida la acción de los microbios del suelo que suelen convertir los fertilizantes y las sustancias orgánicas nitrogenadas en compuestos ecológicamente nocivos, como el gas óxido nitroso, según Hannes Karwat, becario posdoctoral del CIMMYT y coautor del estudio.

“La alteración del ciclo del nitrógeno en el suelo se reflejó incluso en el metabolismo de las plantas”, dijo Karwat, “dando lugar a varias respuestas indicativas de una absorción de nitrógeno más equilibrada en las plantas.”

Los científicos implicados dijeron que los trigos convertidos en BNI en este estudio también mostraron una mayor biomasa global y rendimiento del grano, sin efectos negativos en los niveles de proteína del grano o en la calidad de la panificación.

“Esto señala el camino para que los agricultores puedan alimentar a los futuros consumidores de trigo utilizando menores dosis de fertilizantes y reduciendo las emisiones de óxido nitroso”, dijo Masahiro Kishii, un citogenetista de trigo del CIMMYT que contribuyó a la investigación. “Si podemos encontrar nuevas fuentes de BNI, podremos desarrollar una segunda generación de variedades de trigo de élite que requieran aún menos fertilizantes y que disuadan mejor las emisiones de óxido nitroso”.

En un artículo reciente de PNAS realizado por Subbarao y el científico de la Universidad de Princeton Timothy D. Searchinger se menciona al BNI como una tecnología que puede ayudar a fomentar suelos con una mezcla más homogénea de fuentes de nitrógeno, incluyendo más del compuesto menos reactivo químicamente, el amonio, una condición que puede aumentar el rendimiento de los cultivos y reducir las emisiones de óxido nitroso.

CIMMYT researcher Masahiro Kishii examines wheat plants in a greenhouse. (Photo: CIMMYT)
El investigador del CIMMYT Masahiro Kishii examina plantas de trigo en un invernadero. (Foto: CIMMYT)

¿Escala para frenar el calentamiento global?

El presente estudio llega justo cuando el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha publicado su Sexto Informe de Evaluación, en el que, entre otras cosas, se afirma que “… limitar el calentamiento global inducido por el hombre… requiere limitar las emisiones acumuladas de CO2… junto con fuertes reducciones de otras emisiones de gases de efecto invernadero”.

En todo el mundo, el 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero proceden de la agricultura. Los cultivos de trigo con BNI pueden desempeñar un papel importante en la reducción de esa huella. Los países productores de trigo que se han comprometido con el Acuerdo Climático de París, cuyas disposiciones incluyen la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 30% para 2050, podrían ser los primeros en adoptar la tecnología BNI, junto con China e India, los dos principales productores de trigo del mundo, según Subbarao.

“Este trabajo ha demostrado la viabilidad de introducir segmentos cromosómicos controlados por la tecnología BNI en los trigos modernos, sin alterar su rendimiento ni su calidad”, dijo Subbarao. “Para aprovechar todo el potencial de la tecnología, tenemos que transferir la característica BNI a muchas variedades de élite adaptadas a diversas zonas de cultivo de trigo y evaluar su rendimiento en muchos entornos agrícolas y con distintos niveles de pH del suelo, fertilización y uso del agua”.

Recientemente, Japón ha aprobado un proyecto para establecer sistemas de producción de trigo eficientes en nitrógeno en las llanuras indogangéticas utilizando la BNI, que está en marcha, con la colaboración del JIRCAS, el Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) y el Instituto Borlaug para el Sur de Asia (BISA). En el marco del proyecto, se ensayarán en la India líneas de trigo convertidas en BNI, desarrolladas a partir de la colaboración entre el JIRCAS y el CIMMYT, y se transferirá el rasgo BNI a las variedades nacionales de trigo más populares.

“La tecnología BNI también aparece en Green Technology, un documento político del gobierno japonés para avanzar hacia una economía con cero emisiones de carbono”, dijo Osamu Koyama, Presidente de JIRCAS, que también ha publicado una nota sobre el nuevo estudio del PNAS.

“Las soluciones de adaptación y mitigación como la tecnología BNI, que ayudan a disminuir la huella de los sistemas de producción de alimentos, desempeñarán un papel importante en la investigación para el desarrollo del CGIAR, como parte de las Iniciativas One CGIAR a partir de 2022”, dijo Bram Govaerts, Director General del CIMMYT.

PUBLICACIONES DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS:

El uso de genes de hierbas silvestres para combatir la nitrificación en el cultivo de trigo: Una solución basada en la naturaleza (en inglés)

OPORTUNIDADES DE ENTREVISTA:

Hannes Karwat – Becario postdoctoral, Eficiencia en el uso del nitrógeno, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)

Masahiro Kishii – Citogenética del trigo, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)

Victor Kommerell – Director del Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT)

PARA MÁS INFORMACIÓN, O PARA CONCERTAR ENTREVISTAS, PÓNGASE EN CONTACTO CON EL EQUIPO DE MEDIOS DE COMUNICACIÓN

Rodrigo Ordóñez, Gerente de Comunicaciones, CIMMYT. r.ordonez@cgiar.org, +52 (55) 5804 2004 ext. 1167.