Los álamos modificados genéticamente no contaminan el aire

Los álamos, que emiten trazas del gas isopreno, pueden modificarse genéticamente para no dañar la calidad del aire, manteniendo inalterado su potencial de crecimiento, según una nueva investigación.

Si bien aportan beneficios al medio ambiente, algunos árboles, como los álamos, también emiten gases a la atmósfera que empeoran la contaminación del aire y alteran el clima.

Los hallazgos publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias son importantes porque las plantaciones de álamos cubren 9,4 millones de hectáreas (36.294 millas cuadradas) a nivel mundial, más del doble de la superficie utilizada hace 15 años. Los álamos son árboles de rápido crecimiento que sirven como fuente de biocombustible y otros productos, como papel, palés, madera contrachapada y estructuras de muebles.

Los álamos y otros árboles utilizados en la agroforestería de plantaciones, como las palmeras y los eucaliptos, producen isopreno en sus hojas en respuesta al estrés climático, como las altas temperaturas y la sequía. El isopreno alivia estas tensiones al activar los procesos celulares para que produzcan moléculas protectoras; sin embargo, el isopreno es tan volátil que millones de toneladas métricas se filtran a la atmósfera cada año.

El isopreno reacciona con los gases de la contaminación de los tubos de escape para crear ozono , un irritante respiratorio. El isopreno también aumenta la producción de aerosoles atmosféricos, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la Tierra (efecto de enfriamiento) y aumenta el potencial de calentamiento global del metano en la atmósfera (efecto de calentamiento). Es muy probable que el efecto de calentamiento sea mayor que el de enfriamiento. El efecto neto del isopreno emitido es empeorar la salud respiratoria y, muy probablemente, calentar la atmósfera.

Leer: Álamos para materiales de envasado eco-fungicidas

Ajustar los álamos sin dañarlos

Los investigadores modificaron genéticamente álamos para que no produjeran isopreno y luego los probaron en ensayos de tres y cuatro años en plantaciones de Oregón y Arizona.

Descubrieron que los árboles cuya producción de isopreno estaba suprimida genéticamente no sufrieron efectos negativos en la fotosíntesis ni en la producción de biomasa. Pudieron producir celulosa, utilizada en la producción de biocombustibles, y crecer tan bien como los árboles que producían isopreno. El descubrimiento fue una sorpresa, dado el papel protector del isopreno en climas estresantes, especialmente en el caso de la plantación de Arizona.

“La supresión de la producción de isopreno en las hojas ha activado vías de señalización alternativas que parecen compensar la pérdida de tolerancia al estrés causada por el isopreno”, afirma el autor principal, Russell Monson, profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Arizona. “Los árboles mostraron una respuesta inteligente que les permitió sortear la pérdida de isopreno y alcanzar el mismo resultado, tolerando eficazmente el estrés por altas temperaturas y sequía”.

«Nuestros hallazgos sugieren que las emisiones de isopreno pueden disminuirse sin afectar la producción de biomasa en las plantaciones de bosques templados», afirma el coautor Steven Strauss, distinguido profesor de biotecnología forestal en la Universidad Estatal de Oregón.

Eso es lo que queríamos examinar: ¿se puede reducir la producción de isopreno? ¿Tiene esto alguna incidencia en la productividad de la biomasa y la salud general de las plantas? Parece que no afecta significativamente a ninguna de las dos.

Cómo funcionó la modificación genética

Para modificar los álamos, los investigadores utilizaron una herramienta de ingeniería genética conocida como interferencia de ARN. El ARN transmite instrucciones de codificación de proteínas desde el ADN de cada célula, que contiene el código genético del organismo. Científicos del Instituto de Fitopatología Bioquímica del Centro de Investigación Helmholtz de Múnich (Alemania), que colaboraron en el estudio, desarrollaron las herramientas genéticas para modificar los árboles y los análisis de proteínas que revelaron cambios en el uso de las vías bioquímicas.

“La interferencia del ARN es como una vacuna: desencadena un mecanismo natural y altamente específico mediante el cual se suprimen objetivos específicos, ya sea el ARN de los virus o los genes endógenos”, afirma Strauss.

También se podría hacer lo mismo mediante el mejoramiento convencional. Sería mucho menos eficiente y preciso, y podría ser una pesadilla para un mejorador, que podría tener que reevaluar todo su germoplasma y posiblemente excluir sus cultivares más productivos como resultado, pero es posible. Nuevas tecnologías como CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas), que permiten la edición precisa del ADN en tramos específicos del código genético, deberían funcionar aún mejor.

Mantener la producción de biomasa

En un descubrimiento adicional, los investigadores descubrieron que los árboles pudieron adaptarse a la pérdida de isopreno porque la mayor parte del crecimiento de las plantaciones tiene lugar durante las épocas más frías y húmedas del año.

“Esto significa que, para esta especie, el ciclo estacional natural de crecimiento favorece una alta producción de biomasa cuando menos se necesitan los efectos beneficiosos del isopreno”, explica Monson.

Esta observación también aclaró el papel adaptativo del isopreno en los bosques naturales, donde la protección que mejora la supervivencia durante el estrés climático de mitad de temporada es probablemente más importante que los procesos que promueven el crecimiento a principios de la temporada.

“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”, afirma Monson.

“Nos esforzamos por lograr una mayor sostenibilidad ambiental al tiempo que desarrollamos fuentes de biomasa a escala de plantaciones que puedan servir como alternativas a los combustibles fósiles”.

También colaboraron en el estudio investigadores adicionales de la Universidad Estatal de Portland; la Universidad de California, Riverside; el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA; y el Instituto de Microbiología en Greifswald, Alemania.

La financiación provino, en parte, de la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Agricultura de EE. UU. y el Ministerio de Educación e Investigación de Alemania.

Fuente: Russell Monson para la Universidad de Arizona

Estudio original DOI: 10.1073/pnas.1912327117