Estrategia para aumentar la producción agrícola

El nitrógeno es uno de los tres macronutrientes que necesitan las plantas para su crecimiento y desarrollo, junto con el fósforo y el potasio. Unas condiciones que incluyan una disponibilidad lo bastante grande de nitrógeno inducen el crecimiento de las plantas, especialmente el de los tallos y las hojas, al tiempo que retrasan la floración. Por otro lado, en algunas plantas, la escasez de nitrógeno conduce a un cambio del modo de crecimiento al modo reproductivo, acelerando así la floración. Sin embargo, no se conocen los mecanismos moleculares que regulan la floración cuando se da esa baja disponibilidad de nitrógeno.

Este vacío en el conocimiento científico puede que comience a llenarse ahora gracias a una investigación pionera realizada por científicos de Japón, Europa y Estados Unidos.

Este equipo internacional, dirigido por el profesor Takeo Sato, de la Universidad de Hokkaido en Japón, ha revelado el mecanismo molecular responsable de la aceleración de la floración en las plantas Arabidopsis cuando la disponibilidad de nitrógeno es baja.

La Arabidopsis, una planta crucífera, es bien conocida como planta modelo en biología y cuenta con una amplia base de datos sobre su expresión proteica. En el nuevo estudio, el equipo identificó por primera vez un conjunto de proteínas implicadas en la floración que se activaban como resultado de los cambios en el nivel de nitrógeno. Una de ellas era el factor de regulación genética FLOWERING BHLH 4 (FBH4). Mediante experimentos con plantas deficientes en FBH4, se descubrió que esta proteína era responsable de la aceleración de la floración en condiciones caracterizadas por un bajo nivel de nitrógeno.

Plantas de Arabidopsis utilizadas en uno de los experimentos del estudio. (Foto: Takeo Sato).

Observaciones adicionales realizadas por el equipo de Sato sugirieron que el FBH4 es ampliamente fosforilado por otra proteína llamada SnRK1. Una baja disponibilidad de nitrógeno suprime la actividad de SnRK1, lo que a su vez provoca la desfosforilación de FBH4. El FBH4 desfosforilado se traslada al núcleo para activar los genes responsables de la floración. El FBH4 desfosforilado también es responsable de controlar la expresión de otros genes vitales para la supervivencia de la planta cuando hay poco nitrógeno disponible, en particular los relacionados con el reciclaje y la removilización del nitrógeno.

Los autores del estudio han llegado a la conclusión de que, en respuesta a un nivel inadecuadamente bajo de nitrógeno, las plantas Arabidopsis parecen controlar con precisión la expresión de los genes relacionados con los procesos metabólicos y del desarrollo necesarios para la floración a través de FBH4. "La familia de genes FBH está presente en las principales plantas de cultivo agrícola", explica Sato. "Las plantas de cultivo agrícola muestran una floración temprana cuando la disponibilidad de nitrógeno es baja; si podemos controlar las actividades de la FBH en estas plantas de cultivo, ello podría ser una forma eficaz de aumentar la producción agrícola de forma sostenible".

El estudio se titula “Low nitrogen conditions accelerate flowering by modulating the phosphorylation state of FLOWERING BHLH 4 in Arabidopsis”. Y se ha publicado en la revista académica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America). (Fuente: NCYT de Amazings)