Un equipo de investigadores del CONICET y de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (FCEN-UBA), en colaboración con el laboratorio de Gloria Coruzzi en la Universidad de Nueva York (NYU), identificó un gen que funciona como el “interruptor de saciedad” del nitrógeno en Arabidopsis thaliana, la planta modelo más utilizada en biología vegetal. El hallazgo, publicado en la revista The Plant Cell, revela cómo las plantas detectan que ya tienen suficiente nitrógeno interno y dejan de absorberlo del suelo, abriendo una vía prometedora para desarrollar cultivos más eficientes que necesiten menos fertilizantes nitrogenados.
El nitrógeno (N) es esencial para el crecimiento de los cultivos: interviene en la biomasa, el rendimiento de grano, la arquitectura de las raíces y la fotosíntesis. Sin embargo, las plantas absorben apenas alrededor del 50 % del nitrógeno disponible en los fertilizantes. El resto se pierde, genera un alto costo económico y provoca impactos ambientales graves: contaminación de napas y ríos, proliferación de algas tóxicas y emisión de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero.
“El nitrógeno es un nutriente esencial para el crecimiento de los cultivos… Sin embargo, las plantas solo absorben alrededor del 50 por ciento del N disponible de los fertilizantes, que son costosos y generan un impacto ambiental negativo”, explicó Mariana Obertello, investigadora del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular “Dr. Héctor Torres” (INGEBI) y una de las directoras del estudio. “Por estas razones, la demanda de cultivos que puedan mantener el rendimiento con menos fertilizante nitrogenado está en aumento. Para lograrlo, primero debemos comprender cómo las plantas controlan la absorción y la asimilación de N”.
Las plantas manejan dos formas de nitrógeno. El nitrógeno inorgánico (principalmente nitrato) es el que absorben del suelo, ya sea de forma natural o a través de fertilizantes. El nitrógeno orgánico es el que la planta ya procesó, almacenó y utiliza para fabricar aminoácidos, proteínas y otras moléculas vitales.
Cuando la planta acumula suficiente nitrógeno orgánico, interpreta que está “saciada” y reduce la absorción de más nitrógeno inorgánico. Ese mecanismo de “sentirse llena” es precisamente el que descifraron los científicos.
El gen clave es HHO5, un factor de transcripción (una proteína que enciende o apaga otros genes). Cuando hay suficiente nitrógeno orgánico, se activa HHO5 y regula directa o indirectamente alrededor del 12% de los genes que responden a la dosis de nitrógeno. Su acción es dual:
-Apaga (reprime directamente) genes de absorción de nitrato del suelo, como NRT1.1, para evitar la continua captación de nitrógeno inorgánico.
-Prende (induce) genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno orgánico, ayudando a aprovechar mejor el que ya está dentro de la planta. Para esta activación necesita asociarse con otra proteína, llamada WRKY21.
“La consecuencia de la actividad de HHO5 es una cascada de respuestas en las que hace dos cosas al mismo tiempo”, señaló Obertello. Jorge Muschietti, también autor del estudio e investigador del CONICET en el INGEBI y en la FCEN-UBA, destacó: “Ese mecanismo de ‘sentirse llena’ es el centro de este estudio”.
Para confirmar el rol de HHO5, los investigadores generaron plantas mutantes sin el gen. En ciertas condiciones (especialmente de bajo nitrógeno), estas plantas absorbieron casi el triple de nitrógeno inorgánico, demostrando que HHO5 actúa normalmente como un freno. Sin embargo, ese mayor consumo tuvo un costo: raíces más cortas, menos semillas por fruto y semillas con menor contenido de nitrógeno.
El estudio combinó genómica, bioquímica, fisiología de plantas y herramientas de biología molecular. También realizaron análisis bioinformáticos para reconstruir la red regulatoria que conecta a HHO5 con sus genes blanco directos e indirectos.
HHO5 es especial dentro de la familia de factores de transcripción HHO/NIGT1: se expresa de manera dependiente de la dosis de nitrógeno y de forma específica en el floema, el tejido que transporta nutrientes a larga distancia.
Arabidopsis thaliana permite descubrir mecanismos moleculares complejos de forma rápida y económica antes de trasladarlos a cultivos. El siguiente paso, según Muschietti, es identificar genes homólogos en especies de interés agronómico como arroz, maíz, trigo y otros.
“Lo importante de estos hallazgos es poder trasladar el conocimiento a otra especie cercana… Saber que este gen HHO5 controla el prendido y apagado de genes que están involucrados en la incorporación de nitrógeno nos permite pensar en variedades de cultivo que puedan absorber más nitrógeno disponible del suelo, reduciendo la necesidad de aplicar tanto fertilizante”, afirmó Obertello.
