Investigadores del Umeå Plant Science Centre (UPSC) han desarrollado un álamo híbrido genéticamente modificado (GM) que tiene un mayor rendimiento energético para la producción de biocombustibles.
Los árboles han crecido bien en invernaderos, y ahora se probaron por primera vez en condiciones de campo más estresantes. Los que fueron modificados solo en las su madera (y no el resto de la planta), crecieron muy bien también en el campo. Los resultados se publicaron en la revista Frontiers in Plant Sciences.
Umea University.- El álamo temblón híbrido, un cruce entre el álamo temblón europeo y americano, es una de las especies arbóreas más productivas de Suecia que crece mejor que el álamo temblón habitual. Los árboles caducifolios de rápido crecimiento se utilizan como un recurso importante para el suministro de energía, pero algunas de las propiedades de las paredes celulares leñosas limitan la posibilidad de producir biocombustibles y productos químicos “verdes” a partir de ellas.
Para utilizar la energía almacenada en la madera, la celulosa primero debe ser digerida por enzimas que liberan azúcares que luego son convertidos en bioetanol por microorganismos. El problema es que el componente xilano de la pared celular a menudo está ampliamente acetilado en maderas duras como el álamo híbrido, lo que hace que la celulosa de la madera sea menos accesible y, por lo tanto, la producción de bioetanol sea menos eficiente.
Ewa Mellerowicz y su grupo en el Centro de Ciencias de las Plantas de Umeå han reducido la acetilación de xilano modificando mediante transgenia el álamo híbrido. Los árboles transgénicos se desempeñaron bien en experimentos de invernadero y la celulosa en su madera era más fácil de digerir por enzimas para liberar más azúcares. 18 de estas diferentes líneas híbridas transgénicas han sido evaluadas por primera vez en ensayos de campo, donde están sometidas a un estrés mucho mayor proveniente del medio ambiente.
“La prueba de campo se realizó de acuerdo con las normas suecas y europeas para el manejo de plantas genéticamente modificadas”, dice Ewa Mellerowicz, profesora SLU. “El resultado más importante del estudio fue que pudimos demostrar que la reducción de la acetilación, cuando se dirige al tejido de madera, es una estrategia viable para mejorar la madera dura para la biorrefinería”.
Los investigadores utilizaron diferentes estrategias para modificar la acetilación de xilano. Evitaron que tuviera lugar la acetilación de xilano o separaron el grupo acetilo con la ayuda de enzimas provenientes de hongos y que se introdujeron en el árbol; la modificación se dirigió ya sea específicamente a la madera o se introdujo en todo el árbol.
La mayoría de los álamos híbridos testeados crecieron de manera similar a los árboles de control no modificados plantados en el mismo campo. Sin embargo, los investigadores pudieron ver que los árboles en los que la modificación genética se limitaba a la madera se desempeñaron mejor que los árboles en los que la modificación estaba activa en todo el árbol.
Especialmente aquellos árboles en los que el gen fúngico estaba activo en toda la planta sufrieron mucho más por los ataques de insectos. Estos árboles crecían más lentamente que los controles y sus hojas tenían una cantidad y composición alteradas de compuestos fenólicos, compuestos químicos que son importantes para que las plantas se defiendan contra los ataques de insectos u otros tipos de estrés.
“Nuestro estudio confirmó que la acetilación de la pared celular puede alterar tanto la composición como las concentraciones de compuestos fenólicos en el álamo híbrido. Sin embargo, el hallazgo principal para mí es que la reducción de la acetilación de la pared celular no causó diferencias generales sobresalientes en el crecimiento y la resistencia a los herbívoros y patógenos en comparación con el tipo salvaje no transformado “, explica Benedicte R. Albrectsen, investigador en ecología química y defensa de las plantas. dinámica en la Universidad de Umeå.
El estudio muestra que las pruebas de campo tempranas pueden valer más que invertir en experimentos extensivos en invernaderos.
“El ensayo mostró la importancia de probar árboles de álamo temblón modificados en condiciones de campo para hacer un seguimiento de los resultados de los experimentos de laboratorio e invernadero. Es urgente continuar y desarrollar los programas de pruebas de campo ”, señala Ulf Johansson, gerente experimental de la Unidad de Investigación Forestal de Campo en SLU.
El sitio de campo, donde se realizó el experimento, estaba ubicado en Våxtorp, en el sur de Suecia. En agosto de 2014 se plantaron 636 árboles. En los próximos cuatro años, su crecimiento y el daño causado por insectos, hongos, heladas u otras tensiones ambientales se monitorearon regularmente hasta la cosecha en 2018. Actualmente, investigadores de la Universidad de Umeå, dirigidos por el profesor Leif Jönsson, evalúan las muestras recolectadas para ver si la celulosa es aún más fácil de digerir. Los mejores árboles mejorados serán probados a mayor escala en una biorrefinería en Örnsköldsvik.
- Fuente: https://www.umu.se/en/news/transgenic-trees-perform-well-in-a-swedish-field-trial-_9290934/
- Estudio: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00651
