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Los álamos se modificaron genéticamente para no dañar la calidad del aire: esto es lo que sucedió en las pruebas


La plantación de Oregon en octubre de 2014, el segundo año de crecimiento. Crédito: T. Rosenstiel, Universidad Estatal de Portland

Los ensayos de campo en el noroeste y el suroeste muestran que los álamos pueden modificarse genéticamente para reducir los impactos negativos en la calidad del aire y dejar su potencial de crecimiento prácticamente sin cambios, dice un investigador de la Universidad Estatal de Oregon que colaboró ​​en el estudio.

Los hallazgos, publicados hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, son importantes porque las plantaciones de álamos cubren 9,4 millones de hectáreas en todo el mundo, más del doble de la tierra utilizada hace 15 años. Los álamos son árboles de rápido crecimiento que son una fuente de biocombustible y otros productos, como papel, tarimas, madera contrachapada y marcos de muebles.

Un inconveniente de las plantaciones de álamos es que los árboles también son un importante productor de isopreno, el componente clave del caucho natural y un precontaminante.

Plantación de álamos de Arizona

La plantación de Arizona en mayo de 2013, durante el primer año de crecimiento. Crédito: DJP Moore (Universidad de Arizona)

Los aumentos de isopreno afectan negativamente la calidad del aire regional y también desequilibran el presupuesto energético mundial al generar niveles más altos de producción de aerosoles atmosféricos, más ozono en el aire y una vida útil más prolongada del metano. El ozono y el metano son gases de efecto invernadero, y el ozono también irrita las vías respiratorias.

Los álamos y otros árboles, incluidos el roble, el eucalipto y las coníferas, producen isopreno en sus hojas en respuesta al estrés climático, como las altas temperaturas.

Una colaboración de investigación dirigida por científicos de la Universidad de Arizona, el Instituto de Patología Vegetal Bioquímica de Alemania, la Universidad Estatal de Portland y la OSU modificaron genéticamente álamos para no producir isopreno, y luego los probaron en ensayos de tres años en plantaciones de Oregón y Arizona.

Descubrieron que los árboles cuya producción de isopreno estaba genéticamente suprimida no sufrían ningún efecto negativo en términos de fotosíntesis o “producción de biomasa”: podían producir combustible y crecer tan bien como los árboles que producían isopreno.

Steve Strauss, profesor distinguido de biotecnología forestal en la Facultad de Silvicultura de OSU, dijo que hay un par de posibles explicaciones para los hallazgos.

Una es que, sin la capacidad de producir isopreno, los álamos modificados parecen estar produciendo “compuestos protectores compensatorios”.

Otra es que la mayor parte del crecimiento de los árboles tiene lugar durante las épocas más frías del año, por lo que el estrés por calor, que desencadena la producción de isopreno, probablemente tenga poco efecto sobre la fotosíntesis en ese momento.

“Nuestros hallazgos sugieren que las emisiones de isopreno se pueden disminuir sin afectar la producción de biomasa en las plantaciones de bosques templados”, dijo Strauss. “Eso es lo que queríamos examinar: ¿se puede rechazar la producción de isopreno? ¿Es importante para la productividad de la biomasa y la salud general de las plantas? Parece que tampoco afecta significativamente. En Arizona, donde hace mucho calor, si el isopreno importara para la productividad, se mostraría de una manera sorprendente, pero no fue así. Las plantas son inteligentes: compensarán y harán algo diferente si es necesario “.

Medidas de álamo

Mediciones recogidas en un árbol representativo en la plantación de Arizona, junio de 2013. Crédito: DJP Moore (Universidad de Arizona)

En este estudio, los científicos utilizaron una herramienta de ingeniería genética conocida como ARN interferencia. ARN, ribonucleico ácido, transmite instrucciones de codificación de proteínas de cada célula ADN, ácido desoxirribonucleico, que contiene el código genético del organismo.

“La interferencia del ARN es como una vacuna: desencadena un mecanismo natural y altamente específico mediante el cual se suprimen objetivos específicos, ya sean ARN de virus o genes endógenos”, dijo Strauss. “También puede hacer esto con CRISPR a nivel de ADN y, por lo general, funciona incluso mejor”.

CRISPR, abreviatura de “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas”, se dirige a tramos específicos de código genético para la edición de ADN en ubicaciones exactas.

“También se puede hacer lo mismo mediante la reproducción convencional”, dijo Strauss. “Sería mucho menos eficiente y preciso, y podría ser una pesadilla para los mejoradores que podrían necesitar reevaluar todo su germoplasma y posiblemente excluir sus cultivares más productivos como resultado, pero se podría hacer”.

El autor correspondiente Russ Monson, de la Universidad de Arizona, dijo que el estudio sienta las bases para futuras investigaciones sobre isopreno, incluso en diferentes entornos de cultivo.

“El hecho de que se puedan producir cultivares de álamo de una manera que mejore los impactos atmosféricos sin reducir significativamente la producción de biomasa nos da mucho optimismo”, dijo Monson. “Nos esforzamos por lograr una mayor sostenibilidad ambiental mientras desarrollamos fuentes de biomasa a escala de plantación que pueden servir como alternativas de combustibles fósiles. También debemos seguir trabajando para encontrar soluciones a los obstáculos regulatorios y del mercado actuales que dificultan la investigación a gran escala y los usos comerciales de los árboles transgénicos ”.

Los sistemas de gestión forestal sostenible y sus organismos de certificación operan bajo el supuesto de que genéticamente modificado equivale a peligroso, dijo Strauss.

“Si algo es OGM, es culpable hasta que se demuestre que es seguro en la mente de muchos y en nuestras regulaciones actuales”, dijo. “Estas tecnologías son nuevas herramientas que requieren investigación científica para evaluarlas y perfeccionarlas caso por caso. Tenemos una gran necesidad de ampliar la producción de productos forestales y servicios ecológicos sostenibles y renovables, y las biotecnologías pueden ayudar a satisfacer esa necesidad “.

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Referencia: “Alta productividad en plantaciones híbridas de álamo sin emisión de isopreno a la atmósfera” por Russell K. Monson, Barbro Winkler, Todd N. Rosenstiel, Katja Block, Juliane Merl-Pham, Steven H. Strauss, Kori Ault, Jason Maxfield, David JP Moore, Nicole A. Trahan, Amberly A. Neice, Ian Shiach, Greg A. Barron-Gafford, Peter Ibsen, Joel T. McCorkel, Jörg Bernhardt y Joerg-Peter Schnitzler, 6 de enero de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.1912327117

Científicos de la Universidad de California, Riverside, NASAEl Centro de Vuelo Espacial Goddard y el Instituto de Microbiología en Greifswald, Alemania, también colaboraron en el estudio.

La Fundación Nacional de Ciencias, el Ministerio de Educación e Investigación de Alemania, Portland General Electric, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, la Universidad Estatal de Portland, la Universidad Estatal de Oregon y el estado de Arizona apoyaron esta investigación.



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