Ya os hemos hablado en anteriores posts de variedades de arroz transgénico como el arroz dorado o el arroz rico en hierro. Ambos transgénicos están ideados para suplir carencias alimentarias en países menos desarrollados. Sin embargo, estas no son las únicas variedades de arroz transgénico que existen. Dado el agotamiento de los suelos, se está ideando un arroz más eficiente: el arroz C4. Actualmente, más de 3.000 millones de personas en Asia dependen del arroz para sobrevivir y, debido a los aumentos de población previstos y una tendencia general hacia la urbanización, la misma área de tierra que proporcionó suficiente arroz para alimentar a 27 personas en 2010 necesitará alimentar a 43 en el año 2050. El Proyecto de arroz C4 es uno de los grandes desafíos científicos del siglo 21 en el que participan investigadores de 7 instituciones (lideradas por la Universidad de Oxford) en 5 países para aplicar enfoques científicos innovadores en el desarrollo de variedades de arroz de alto rendimiento para pequeños agricultores.
Como sabéis, las plantas son organismos capaces de producir su propio “alimento”. Mediante la fotosíntesis, convierten la luz del sol, agua y minerales en moléculas que utilizan para obtener energía. Sin embargo, en cuanto a la fotosíntesis hay dos tipos de plantas: las plantas C3 (como el arroz, el trigo o la patata) y las plantas C4 (como el maíz, la caña de azúcar o la cebada). Las plantas C3 están mejor adaptadas a ambientes templados y húmedos, mientras que las plantas C4 prefieren ambientes calurosos y secos. Las plantas que utilizan sólo el ciclo de Calvin para la fijación del dióxido de carbono del aire, se conocen como plantas C3. En el primer paso del ciclo el CO2 reacciona con la ribulosa-1,5-bifosfato (un azúcar) para producir dos moléculas del ácido de 3 carbonos, 3-fosfoglicérico (3-PGA). Este es el origen de la denominación C3 de las plantas que utilizan este ciclo.
Por otro lado, las plantas C4 utilizan una fijación en dos pasos donde el CO2 se fija en las células mesófilas de pared delgada, para formar un intermedio de 3 carbonos, normalmente malato (ácido málico). Se forma ácido oxalacético (OAA), que se convierte rápidamente en ácido málico. El ácido de 4 carbonos se bombea activamente a través de la membrana celular, a la célula de pared gruesa de la vaina fascicular, donde se desdobla en CO2 y un compuesto de 3 carbonos. Luego, este CO2 entra en el ciclo de Calvin en un cloroplasto de la célula de la vaina fascicular y produce G3P. Esto provoca un entorno con una elevada concentración de CO2 y ausencia de oxígeno. Este entorno permite a la enzima Rubisco actuar con una alta eficacia, evitando realizar la fotorespiración, que convierte el O2 en CO2, haciendo que la fotosíntesis sea mucho menos eficiente. Las plantas C4 pueden ser hasta un 50% más eficientes que las plantas C3.
El Proyecto de arroz C4 pretende mejorar mediante la Ingeniería Genética el funcionamiento de la maquinaria fotosintética para incluir componentes funcionales del C4. Para poder crear un arroz C4 a partir del arroz original (que es C3) se tienen que hacer 2 cosas: la primera es modificar la forma de la hoja para conseguir una hoja con anatomía de Kranz que permita tener las células del mesófilo y las células del haz vascular. Después tienen que realizar un cambio en la bioquímica del arroz para introducir los genes que participan en la ruta del CO2 que se ha comentado antes. En la imagen inferior vemos en azul las enzimas necesarias para poder realizar la ruta de las plantas C4.
El impacto de esta investigación está siendo tal que a principios de diciembre la fundación de Bill y Melinda Gates financió con 15 millones de $ al grupo perteneciente a la Universidad de Oxford, que entran dentro de la siguiente fase del proyecto que dura cinco años incluyendo el actual. Una condición para la financiación de la Fundación Gates para el proyecto es un compromiso de acceso global para garantizar que el conocimiento y los avances realizados estén disponibles y accesibles a un precio asequible para las personas más necesitadas en los países en desarrollo. Además, al final de la próxima fase de investigación en 2024, los científicos esperan tener parcelas de campo experimentales en funcionamiento en Taiwán. Realmente se está haciendo un esfuerzo en el desarrollo de este proyecto, ya que en los últimos 4 años (de 2016 hasta 2019) se han publicado un total de 26 artículos por parte de los grupos de investigación relacionados con el Proyecto del arroz C4.
Podemos concluir que el arroz C4 puede ser una baza importante en la batalla contra el calentamiento global y la superpoblación que se prevé para el futuro. Sin embargo, todavía queda camino que recorrer en este proyecto, que es una muestra más de cómo los transgénicos son el siguiente escalón en el desarrollo humano en lo que a alimentación se refiere.
Bibliografía:
https://c4rice.com/
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Biology/phoc.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Biology/phoc.html#c2
https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/photorespiration--c3-c4-cam-plants/a/c3-c4-and-cam-plants-agriculture
http://www.ox.ac.uk/news/2019-12-03-rice-feed-world-given-funding-boost#
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.14562
