034 BIOTRANS

El proyecto BIOTRANS investiga bioestimulantes y reguladores de la transpiración que permitan resistir al estrés hídrico.

Las plantas tratadas con iSB09 resisten mejor la sequía (derecha)

El calentamiento global y el cambio climático limitan el acceso de los cultivos a los recursos hídricos. Esto constituye una gran amenaza para la agricultura, ya que la sequía puede reducir el rendimiento de los cultivos a la mitad. El proyecto BIOTRANS, liderado por Pedro Luis Rodríguez Egea y Antonio Granell Richart desde la Universitat Politècnica de València, desarrolla moléculas que mejoran la adaptación de los cultivos al déficit hídrico. Aunque la investigación sigue en curso, ya han conseguido desarrollar moléculas que regulan la transpiración vegetal por la vía del ácido abscísico (ABA).

El ABA es una hormona de gran relevancia, ya que regula tanto el crecimiento y el desarrollo vegetal como la respuesta a la sequía. Uno de sus múltiples efectos es el cierre de los estomas, los conductos de transpiración por donde el agua sale al exterior de la planta. Es por ello que estimular la síntesis de ABA puede mejorar el desempeño de un cultivo ante la escasez de agua. El equipo investigador del proyecto ya ha conseguido desarrollar la molécula iSB09, que activa la señalización del ABA provocando el cierre de estomas y reduciendo la pérdida de agua. Para poder detectarlo se han utilizado diversas cámaras, como la de infrarrojos, que permite asociar pequeños cambios en la temperatura de las hojas con una menor pérdida de agua por transpiración.

Fotografía de infrarrojos en la que iSB09 ha provocado el cierre de los estomas

El equipo de BIOTRANS hace uso de las tecnologías ómicas para documentar el efecto de las moléculas en la ruta del ABA. Estas recogen el conjunto de genes (genómica), proteínas (proteómica) o metabolitos (metabolómica) de un organismo, permitiendo estudiarlos de forma holística. También aplica técnicas de fisiología vegetal para medir la asimilación de dióxido de carbono y la transpiración, monitorizando la regulación de la conductancia de los estomas por las moléculas descritas arriba, en resumen, mediante técnicas que miden el intercambio de gases. El último paso serán los ensayos en invernadero y en parcela experimental junto con investigadores de La Rioja, tanto en tomate como en vid, para analizar su efecto en plantas de cosecha.

Estructura atómica del complejo formado por el receptor del ABA de naranjo (ocre), la molécula SB y la fosfatasa PP2C (verde) represora de la ruta del ABA. El complejo ternario inhibe la PP2C, activando la señalización de la hormona. Detalle de las moléculas SB y QB, agonistas del receptor del ABA, en el sitio activo del receptor

El impacto científico-técnico de este proyecto puede ser alto en el campo de la respuesta de las plantas al estrés abiótico, con una correspondiente repercusión social y económica. De hecho, se estima que el mercado basado en estas sustancias aumentará un 12% anual a más de $2200 millones. Por otra parte, la vía de señalización de ABA es muy prometedora para su aplicación en la agricultura, específicamente para los desafíos mundiales de seguridad alimentaria y productividad  de cultivos en escenarios de cambio climático. Otros valores sociales derivados de los resultados de BIOTRANS pueden ser el desarrollo de empleo altamente cualificado, la mitigación del efecto del cambio climático en la agricultura, el aumento de la competitividad de la agricultura española y europea y el uso sostenible de los recursos hídricos en la agricultura y adaptación al déficit hídrico inducido por el cambio climático. Por lo tanto, los bioestimulantes y agroquímicos capaces de mejorar la tolerancia a la sequía ofrecen una gran oportunidad de mercado.

Aunque el desarrollo de las moléculas está todavía en una fase temprana, ya se encuentran protegidas por patente y licenciadas a la empresa PBL para su explotación comercial. Su implementación en el sector agroalimentario dependerá de posteriores ensayos de eficacia y seguridad en campo, donde debería contar con empresas interesadas en su explotación.

Entrevista a Pedro Luis Rodríguez Egea, investigador principal del proyecto BIOTRANS.

¿Cuál es el objetivo principal de su investigación?

El calentamiento global y el cambio climático limitan el acceso a los recursos hídricos, lo cual constituye una gran amenaza para la agricultura. La disponibilidad de agua es una seria limitación para la productividad de los cultivos. La sequía puede reducir el rendimiento de los cultivos en un 50% y se requiere el desarrollo de estrategias para mejorar el rendimiento de los cultivos con un suministro de agua limitado, y así mitigar y adaptar la agricultura al cambio climático. El principal objetivo de nuestro proyecto es proporcionar nuevas moléculas que puedan mejorar la adaptación de los cultivos al déficit hídrico. Estas moléculas actúan como BIOESTIMULANTES y reguladores de la TRANSPIRACIÓN vegetal, a través de la ruta de la hormona ácido abscísico (ABA). BIOTRANS tiene como objetivo desarrollar nuevas moléculas, en el campo de los bioestimulantes y agonistas específicos de los receptores del ABA, para la protección de cultivos en situaciones de déficit hídrico.

¿Qué resultados ha obtenido hasta el momento y cómo cree que estos pueden contribuir al objetivo principal de su investigación?

Nuestro grupo ha realizado descubrimientos pioneros en la señalización del ABA, lo cual nos ha permitido obtener varias patentes para reforzar la respuesta adaptativa de la planta en situaciones de sequía. Recientemente hemos obtenido moléculas que regulan la transpiración vegetal vía ABA (protegidas mediante PCT/EP2022/079479) y refuerzan la respuesta vegetal a la sequía. Con estos agonistas de la ruta del ABA, bien individualmente o en sinergia con bioestimulantes, creemos que podemos proteger los cultivos ante el déficit hídrico

¿Qué metodología y tecnologías está utilizando en su investigación?

Estamos utilizando tecnologías ómicas para documentar el efecto de las moléculas en la respuesta de la planta ante estrés hídrico, fundamentalmente la activación de la ruta del ABA. También técnicas de fisiología vegetal para medir asimilación de CO2 y regulación de la conductancia estomatal (transpiración). Finalmente, realizaremos ensayos en invernadero y en parcela experimental (en colaboración con investigadores de La Rioja), tanto en tomate como en vid para analizar su efecto en plantas de cosecha.

¿En qué medida su investigación está contribuyendo al desarrollo de un sector agroalimentario más verde, sostenible y/o saludable? ¿En cuáles de los Objetivos de Desarrollo Sostenible se enmarca su proyecto?

El sector agroalimentario encara un grave problema de sostenibilidad ante el cambio climático y la irregularidad de las precipitaciones, así como en el acceso sostenible a agua de riego. Nuestro abordaje podría proteger los cultivos ante situaciones de déficit hídrico, e incluso en situaciones de grave carestía de agua, permitir la supervivencia de los mismos en situaciones severas.

Nuestra propuesta está alineada en LÍNEA 1. PRODUCCIÓN PRIMARIA SOSTENIBLE. TRANSICIÓN ECOLÓGICA. Actuación 1.2. Adaptación al cambio climático. Resiliencia de la producción agrícola frente a los efectos del cambio climático y la escasez hídrica y su papel en mitigar riesgos para la sociedad. En cuanto a los objetivos de transición ecológica, nuestra propuesta tendrá un impacto positivo en: i) mitigación del cambio climático, ii) adaptación al cambio climático y iii) uso sostenible y protección de los recursos hídricos.

¿Qué desafíos ha encontrado en la implementación de sus resultados en el sector agroalimentario?

Estamos todavía en una fase temprana del desarrollo de las moléculas, aunque ya se encuentran protegidas por patente y licenciadas a la empresa PBL para su explotación comercial. Su implementación en el sector agroalimentario dependerá de posteriores ensayos de eficacia y seguridad en campo, donde deberíamos contar con empresas interesadas en su explotación.

¿Qué impactos sociales y económicos cree que puede tener la implementación de sus resultados en el sector agroalimentario?

Se espera un alto impacto científico-técnico de este proyecto en el campo de la respuesta de las plantas al estrés abiótico, respaldado por estudios previos sobre bioestimulantes y la aplicación biotecnológica de la señalización del ABA. Adicionalmente, esto tendrá repercusión social y económico como detallamos a continuación. El uso de bioestimulantes para la protección de las plantas frente al estrés biótico y abiótico es un tema de gran actualidad en la agricultura. Los bioestimulantes son sustancias ecológicas e inertes para los ecosistemas, y su utilización está ampliamente reportada en la literatura para mejorar la tolerancia al estrés o aumentar la producción de cultivos. De hecho, se estima que el mercado basado en estas sustancias aumentará un 12% anual a más de $2200 millones. Por otra parte, la vía de señalización de ABA es muy prometedora para su aplicación en la agricultura, específicamente para los desafíos mundiales actuales para lograr la seguridad alimentaria y mantener la productividad de los cultivos en escenarios de cambio climático. Adicionalmente, otros valores sociales son: i) el desarrollo de empleo altamente cualificado mediante la introducción de avances biotecnológicos de última generación, ii) la mitigación del impacto adverso del cambio climático en la agricultura, iii) el aumento de la competitividad de la agricultura española y europea, iv) uso sostenible de los recursos hídricos en la agricultura y adaptación al déficit hídrico inducido por el cambio climático. Las pérdidas económicas debidas al estrés por sequía pueden reducir la productividad promedio de los cultivos entre un 40 % y un 80 %. En España, la sequía sufrida en los períodos 1981-84 y 1992-95 provocó pérdidas de entre el 1-2% del PIB español. Además, España es el país más meridional de Europa, puente con África, y es un serio candidato a sufrir las condiciones adversas derivadas del cambio climático, al igual que otros países mediterráneos. Incluso los países bien desarrollados, como EE. UU., pueden ser víctimas de la escasez de agua (el costo estimado de la sequía de 2012/13 fue de más de 75000 millones de dólares). Por lo tanto, los bioestimulantes y agroquímicos capaces de mejorar la tolerancia a la sequía ofrecen una gran oportunidad de mercado.

¿Qué recomendaciones tiene para otros investigadores o actores del sector agroalimentario en cuanto a la implementación de sus resultados?

Tratar de proteger los resultados de investigación mediante patentes y su posterior licencia a empresas del sector de la biotecnología agrícola.