Para aumentar la productividad de cultivos de maíz
en dos o tres años, periodo breve si se compara con ciclos
agrícolas que tardan 20 años en duplicar el rendimiento
de los plantíos, una investigadora de la UNAM ha recurrido
a las propias herramientas bioquímicas de la planta.
En su laboratorio de la Facultad de Química (FQ),
la profesora emérita Estela Sánchez Quintanar descubrió
que al sobre-expresar la rubisco activasa, presente en las hojas
de la planta, se logra un mayor crecimiento y un aumento en la
producción del grano.
Sobre-expresar una proteína significa inducir
su producción en mayor cantidad, e incrementar su función
en el organismo. Basada en ello, la universitaria se planteó
el reto de ayudar a incrementar el rendimiento del maíz,
buscando sus “fuerzas internas”, sin recurrir a genes
de otras especies vegetales.
“La idea fundamental fue encontrar cuáles
son las proteínas que participan directamente en su productividad,
y entre ellas, ubicar cuál es la que limita el proceso
de la producción”, relató.
Desde hace 12 años, Sánchez Quintanar inició
un trabajo conjunto con investigadores del Colegio de Postgraduados
de Chapingo, quienes han laborado más de dos décadas
para aumentar los rendimientos de ese cereal en el campo.
“Mediante un método agrícola, ellos
seleccionaron anualmente las mejores plantas de un lote, las que
tuvieron mayor productividad. En 23 años han logrado duplicar
el número de toneladas de maíz por hectárea
y el peso por mazorca de cada planta. Pero es un proceso muy largo,
que nosotros pretendemos reducir en el laboratorio”, dijo.
Proteína abundante y su “chaperona”
Para responder a la pregunta de cuáles son las
proteínas que participan directamente en el rendimiento
del maíz, la científica inició un detallado
trabajo molecular y genético.
Con sus colaboradores, encontró que las plantas
productivas captan más bióxido de carbono (CO2)
de la atmósfera. “Con eso hacen almidón, que
otorga energía para crecer y producir más. A mayor
consumo de CO2, tienen más acelerado ese proceso”,
señaló.
Indagando qué proteína limita ese trabajo,
Sánchez Quintanar encontró que la enzima rubisco,
presente en todas las plantas y fundamental para realizar la fotosíntesis,
es muy abundante en la naturaleza, pero ineficiente. “La
buscamos y encontramos que está de sobra, y en la misma
cantidad, en las plantas de baja y alta productividad”.
Sin embargo, entre un grupo de proteínas llamadas
“chaperonas moleculares”, por su función de
quitar a otra proteína todo lo que le estorba o le interfiere
para hacer un trabajo eficiente, ubicó a la enzima rubisco
activasa, que trabaja como chaperona de la rubisco.
“La rubisco activasa le quita a la enzima rubisco
metabolitos que la inhiben. Sin ellos, ésta última
puede tomar la forma adecuada que requiere para la fotosíntesis.
Rubisco hace la fotosíntesis, pero es proclive a crear
enlaces con otras sustancias que reprimen su actividad, y la intervención
de la rubisco activasa logra que ese proceso sea más eficiente”,
explicó.
En su investigación, Sánchez Quintanar
encontró que la rubisco activasa se duplica en las plantas
que han doblado su productividad, pues es la que hace funcionar
a la rubisco en condiciones óptimas.
“En el maíz existen dos genes de rubisco
activasa, sujetos a señales que indican cómo está
regulada la expresión de la misma, y estos genes son los
que queremos sobre-expresar”, resumió.
A más chaperona, mayor productividad
La estrategia actual de la investigadora es lograr un
método eficiente para sobre-expresar la rubisco activasa
y aumentar la productividad del maíz. “Para lograrlo,
necesitamos conocer cómo son el o los genes que la codifican,
y qué sistemas de regulación tienen”, puntualizó.
La regulación de los genes es compleja, y es dependiente
del ciclo circadiano y de luz-oscuridad, en el que también
influye la época del año. “Todo eso lo tomamos
en cuenta para fabricar un vector molecular, que incluya al gen,
para que se pueda introducir dentro de la célula del maíz
y exprese más rubisco activasa”, relató.
El grano más productivo no será transgénico,
pues no utiliza ningún gen de otra planta. “Le llamamos
maíz isogénico o autogénico, porque usamos
un gen de la misma planta, que sólo estamos sobre-expresando”,
insistió.
Una vez logrado el proceso, la planta debe ser capaz
de incrementar su fotosíntesis y tener mayor productividad,
como demuestran los resultados del laboratorio, reiteró.
Callos embriogénicos
Para lograr la sobre-expresión de la proteína,
se requieren células de maíz adecuadas, que puedan
regenerar en una nueva planta.
“Esas células se llaman callos embriogénicos,
semejantes a las células madre de los animales, pues tienen
la capacidad de generar la planta completa, pero sólo se
obtienen en un periodo breve, entre 14 y 18 días después
de la polinización. Al recolectarlas, se pueden cultivar
en laboratorio y emplear su potencial un par de años, porque
después se va agotando su facultad de regeneración”,
expuso la experta.
Como la adquisición de callos embriogénicos
resulta limitante para la investigación, porque se requiere
esperar todo un ciclo agrícola, Sánchez Quintanar
ideó su producción a partir de otro tejido del maíz.
“Escogimos el embrión de la semilla del
grano maduro, porque es una fuente que se puede almacenar y de
la que se puede echar mano todo el año. Nos interesa hacer
el estudio en especies criollas mexicanas, por lo que trabajamos
con la raza tuxpeña”, dijo.
Además de permitir obtener nueva información
científica acerca del proceso de embriogénesis somática,
con esta línea de investigación paralela la universitaria
podrá acelerar los resultados, porque tendría material
biológico disponible.
Actualmente, el estudio de Sánchez Quintanar presenta
un avance de, aproximadamente, tres cuartas partes del proyecto.
“Ahora elegimos el mejor método para sobre-expresar
la enzima rubisco activasa, con base a los resultados obtenidos
en invernadero”, señaló.
Sin embargo, añadido, falta probar la estrategia
a nivel de campo, porque nuestros resultados son positivos, pero
se han realizado en invernadero”. Esta etapa es la definitiva
para asegurar que se ha logrado el objetivo del trabajo.
En 2011, la investigadora universitaria y sus colegas
del Colegio de Postgraduados probarán los maíces
sobre-expresados en el campo nacional.
—o0o—