La presión de las actividades humanas está llevando al planeta Tierra hacia cambios en el clima nunca experimentados. Estos fenómenos están causando variaciones en los patrones de ocurrencias de eventos naturales tales como inundaciones, huracanes y períodos de sequías. Las predicciones indican que el futuro sería empeorado debido al crecimiento en la cantidad de gases emitidos y su efecto invernadero.
Entonces, ¿qué pasaría con la producción de cultivo bajo tales condiciones, si los sistemas de producción están establecidos para el clima actual? ¿Cómo responderían las plantas a nuevos ambientes? ¿Sería suficiente el tiempo para evolucionar y adaptarse? ¿Qué podrían hacer los especialistas en la producción de cultivos para resolver tales problemas y así garantizar la seguridad alimentaria en un mundo con creciente población? En arroz, que es el cultivo proveedor de la mayor cantidad de calorías en el mundo, será necesario incrementar la producción en 60% para satisfacer la demanda de Asia para el 2050. Sin embargo, luego de los logros de la Revolución Verde, el crecimiento en el rendimiento de los cultivos parece haber alcanzado su plateau y los avances en desarrollo de cultivos tolerantes a condiciones adversas han sido lentos y limitados.
La buena noticia es que los científicos están trabajando en encontrar soluciones y que sus investigaciones conducirán a un mejor entendimiento de los procesos fisiológicos relacionados. Uno de los casos más prominentes es la idea de modificar la ruta fotosintética en la planta de arroz. Los científicos han establecido que al mejorar el uso eficiente de la radiación solar por parte de la planta se podría crear el impacto más significativo para aumentar los rendimientos de los cultivos. El objetivo es diseñar genéticamente la forma en que la planta absorbe el carbono (C) y mejorar la denominada ruta fotosintética C4 en la planta de arroz, la cual en la naturaleza es una planta C3. El arroz podría fijar CO2 en azúcar con cuatro moléculas de carbono. De aquí la denominación de plantas C4 para el maíz, sorgo y caña de azúcar porque tienen esta capacidad de fijar C4 en azúcar. Esta ruta fotosintética aumenta la eficiencia de la fotosíntesis y con su introducción en el arroz se proyecta aumentar 50% el aprovechamiento de la radiación a la vez que lograr mejor respuesta del cultivo en condiciones de estrés, tales como sequía y salinidad.
Estas razones motivaron a un grupo de científicos para crear el Consorcio Arroz C4 (http://irri.org/c4rice ), uno de los más ambiciosos proyectos en ciencias de plantas y la más importante red de colaboración en investigaciones del arroz luego del finalizado Proyecto del Genoma del Arroz. El objetivo está en la mesa: diseñar la vía fotosintética C4 en cultivos C3, especialmente en la planta de arroz.
Detrás de la idea, ha existido cierto escepticismo, en general, debido a que los fisiólogos saben que las plantas C4 no solo difieren bioquímicamente de las plantas C3, sino también en anatomía de las hojas y la estructura de sus orgánulos celulares. Las plantas C4 han evolucionado numerosas veces y tienen diferente expresión de genes para actividades enzimáticas, las cuales realizan su rol en dos tipos de células especializadas de las hojas, normalmente caracterizado por la existencia de más venas. Por otra parte, las plantas C3, realizan su actividad fotosintética en una sola célula, y liderada por una enzima.
Afortunadamente, ha sido demostrado que todas las enzimas presentes en la ruta fotosintética C4 están también presentes en las plantas C3. La diferencia está en la expresión genética, pues tales enzimas no juegan un rol específico en las plantas C3. Entonces, haciendo uso de las herramientas disponibles en biología molecular y conociendo las condiciones en las cuales las plantas C4 evolucionaron desde las C3, los científicos han postulado que, teóricamente, modificar la vía fotosintética de las plantas C3 hacia C4 es simple.
Las informaciones disponibles fueron suficientes para que el Consorcio Arroz C4 recibiera, en 2008, la aprobación a largo tiempo del Proyecto Arroz C4. La Fundación Bill & Melinda Gate le entregó, por ejemplo, US$11 millones para tres años. El proyecto está planificado para terminar en 15 años, a partir de su inicio, con la optimización de la bioquímica y anatomía de la ruta fotosintética C4 en arroz y la introducción de dicha ruta en variedades tradicionales.
El Proyecto Arroz C4 es liderado por el Instituto Internacional de Investigaciones del Arroz (IRRI), en Filipinas, con la colaboración de un equipo de científicos de instituciones de investigación con renombre internacional tales como la Universidad Nacional de Australia (ANU), la Universidad James Cook y SCIRO en Australia; la Academia de Ciencias de China; la Universidad de Dusseldorf en Alemania; la Universidad Pohang en Korea; Academia Sinica en Taiwán; las universidades Cambridge, Oxford, Nottingham, y Sheffield en Inglaterra; y, las universidades Cornell, Toronto, Yale, y del Estado de Washington en los Estados Unidos de América.
La esperanza de que Arroz C4 incremente en 50% el rendimiento de los cultivos y el potencial mejoramiento del uso eficiente de nitrógeno y agua, ha tomado la atención mundial. En 2008, Julian Hibberd, de la Universidad de Cambridge, fue citado por la renombrada revista científica Nature como uno de los “Cinco Investigadores en Cultivos que podrían Cambiar el Mundo”, debido a su dedicación a la identificación de genes relacionados a la ruta fotosintética C4. En 2011, la revista científica Journal of Experimental Botany hizo una edición especial dedicada a la explotación del sistema fotosintético C4. Además, en enero de 2012, la Reina Elizabeth II reconoció al científico del IRRI John Sheehy como Oficial de la Orden del Imperio Británico, en gran parte por su liderazgo en la conformación del Proyecto Arroz C4.
Los logros esperados de este proyecto sobrepasan los beneficios al cultivo del arroz, cuyo impacto en los sistemas de producción impulsaría la calificada Segunda Revolución Verde. De seguro, los resultados de estos esfuerzos alcanzarán grandes avances en Biología de Plantas. De igual manera será una oportunidad para obtener un mejor entendimiento del funcionamiento de la fotosíntesis, lo que resultaría como modelo para otros cultivos y, así, sobrepasar las venideras variaciones extremas en el clima y las amenazas de hambrunas.
