Ésta es la conclusión a la que llegaron Kasper Røjkjær Andersen y Simona Radutoiu, profesores de biología molecular de la Universidad de Aarhus.
Su nueva investigación destaca una importante pista biológica que podría ayudar a reducir la gran dependencia de la agricultura de los fertilizantes artificiales.
Las plantas necesitan nitrógeno para crecer y la mayoría de las especies de cultivos sólo pueden obtenerlo mediante fertilizantes. Un pequeño grupo de plantas, incluidos los guisantes, el trébol y los frijoles, pueden crecer sin nitrógeno añadido. Lo hacen formando una asociación con bacterias específicas que convierten el nitrógeno del aire en una forma que la planta pueda absorber.
Descubriendo los secretos detrás de la fijación natural del nitrógeno
Científicos de todo el mundo están trabajando para comprender las bases genéticas y moleculares de esta capacidad natural de fijación de nitrógeno. La esperanza es que este rasgo pueda eventualmente introducirse en cultivos importantes como el trigo, la cebada y el maíz.
Si se logra, estos cultivos podrían suministrar su propio nitrógeno. Este cambio reduciría la necesidad de fertilizantes sintéticos, que actualmente representan alrededor del dos por ciento del consumo mundial de energía y producen importantes emisiones de CO2.
Investigadores de la Universidad de Aarhus han identificado pequeños cambios en los receptores de las plantas que les hacen desactivar temporalmente sus defensas inmunitarias y entrar en una relación de cooperación con las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Cómo las plantas deciden entre defensa y cooperación
Las plantas dependen de los receptores de la superficie celular para detectar señales químicas de los microorganismos del suelo.
Algunas bacterias liberan compuestos que advierten a la planta que son «enemigos», lo que provoca una acción defensiva. Otros señalan que son «amigos» capaces de aportar nutrientes.
Las legumbres como los guisantes, los frijoles y el trébol permiten que bacterias especializadas entren en sus raíces. Dentro de estos tejidos radiculares, las bacterias convierten el nitrógeno de la atmósfera y lo comparten con la planta. Esta asociación, conocida como simbiosis, es la razón por la que las legumbres pueden crecer sin fertilizantes artificiales.
Los investigadores de la Universidad de Aarhus descubrieron que esta capacidad está fuertemente influenciada por sólo dos aminoácidos, que actúan como pequeños «bloques de construcción» dentro de una proteína de raíz.
«Este es un hallazgo notable e importante», afirma Simona Radutoiu.
La proteína de la raíz funciona como un «receptor» que lee las señales de las bacterias. Determina si la planta debe activar su sistema inmunológico (alarma) o aceptar las bacterias (simbiosis).
El equipo identificó una pequeña región en la proteína receptora a la que denominaron Determinante de simbiosis 1. Esta región funciona como un interruptor que controla qué mensaje interno recibe la planta.
Al modificar solo dos aminoácidos dentro de este interruptor, los investigadores cambiaron un receptor que normalmente desencadena la inmunidad para que, en cambio, iniciara la simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno.
«Hemos demostrado que dos pequeños cambios pueden hacer que las plantas alteren su comportamiento en un punto crucial: desde rechazar las bacterias hasta cooperar con ellas», explica Radutoiu.
Ampliar el potencial a los principales cultivos alimentarios
En experimentos de laboratorio, los investigadores lograron lograr este cambio en la planta. loto japonicus. Luego probaron el concepto en cebada y descubrieron que el mecanismo también funcionaba allí.
«Es bastante sorprendente que ahora podamos tomar un receptor de la cebada, realizar pequeños cambios en él y luego la fijación de nitrógeno vuelve a funcionar», dice Kasper Røjkjær Andersen.
El potencial a largo plazo es significativo. Si estas modificaciones se pueden aplicar a otros cereales, en última instancia será posible producir trigo, maíz o arroz capaces de fijar nitrógeno por sí solos, de forma similar a las legumbres.
«Pero primero tenemos que encontrar las otras claves esenciales», señala Radutoiu.
«Hoy en día, sólo muy pocos cultivos pueden realizar simbiosis. Si podemos extender esto a cultivos ampliamente utilizados, realmente puede marcar una gran diferencia en la cantidad de nitrógeno que se necesita usar».
