Nutrition Mexico , México, Wednesday, June 16 of 2010, 14:24

Aumentan la productividad del maíz sobre expresando una proteína

A partir de semillas del grano, una investigadora cultiva callos embriogénicos para tener materia prima disponible todo el año

UNAM/DICYT 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 Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) ha recurrido a las propias herramientas bioquímicas de la planta. En su laboratorio de la Facultad de Química (FQ), la profesora 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.