Una nueva generación de inoculantes climáticamente inteligentes para impulsar la agricultura sostenible

Mejorando la genética bacteriana utilizada en ALC y España, a través del desarrollo de inoculantes capaces de incrementar la productividad y la calidad nutricional de los cultivos regiones y de reducir la emisión de óxido nitroso.

El contexto de la historia

Las bacterias presentes en los suelos agrícolas producen el 60% de las emisiones de óxido nitroso (N2O), uno de los tres principales gases de efecto invernadero responsables del calentamiento global. Paradójicamente, la agricultura es muy vulnerable al cambio climático. Además, a diferencia del constante mejoramiento genético de plantas y animales, no se han registrado avances significativos en la genética de los inoculantes bacterianos utilizados en todo el mundo en las últimas tres décadas. En este contexto, la comprensión de las bases genéticas relacionadas con la alta emisión de N2O en inoculantes tradicionales, así como el mejoramiento de su genética constituyen una oportunidad única para el desarrollo de un nuevo paquete tecnológico de lucha contra el cambio climático global.

Conociendo y mejorando la genética de los inoculantes tradicionales.

La iniciativa implementada

Con apoyo del FONTAGRO y con recursos propios (INTA, UNSAM, CONICET, IIBCE, UFRO, EMBRAPA, UNC y CSIC) comenzamos a promover innovaciones tecnológicas en el área de inoculantes. El objetivo fue desarrollar un nuevo paquete tecnológico que conjugue tres bondades en forma simultanea: (i) que sea aplicable a distintos cultivos regionales, (ii) que incremente la producción y la calidad de estos cultivos, y (iii) que reduzca significativamente las emisiones de óxido nitroso. Con este objetivo se impulsa la identificación de nuevos aislamientos bacterianos con actividad PGPR, y, además, se promueve el estudio del proceso de domesticación de los inoculantes tradicionales, lo cual permite el diseño de estrategias racionales de mejoramiento genético.

Mejoramiento genético bacteriano.

La solución tecnológica

Por las características biológicas intrínsecas de los microorganismos (incluyendo alto poder de dispersión y gran flujo génico), la desregulación comercial de inoculantes recombinantes (GMO) sería un proceso extremadamente costoso. Tal es así, que en la actualidad no se ha liberado ningún inoculante recombinante a nivel global. En este marco, las soluciones tecnológicas desarrolladas en este proyecto se basan en la utilización de nueva genética microbiana que pueda ser considerada como non-GMO por las autoridades competentes. Principalmente, se impulsa la identificación de nuevos aislamientos naturales con distintas propiedades de promoción del crecimiento vegetal y la selección de mutantes espontaneas derivadas de los inoculantes tradicionales. Dentro de este último grupo se destacan las mutantes espontaneas con mayor actividad de fijación de nitrógeno, mayor tolerancia a estrés abiótico, mayor degradación de glifosato y menor emisión de óxido nitroso.

"El entendimiento y la mejora de la genética de los microorganismos permiten desplegar el potencial de prácticas agrícolas sostenibles y resilientes”

Mariangela Hungria - EMBRAPA - (Premio Fundación Bunge 2022)

Países participantes

Tipo de Proyecto

Resultados

• Se identificó el mecanismo molecular por el cual los inoculantes tradicionales producen altas emisiones de N2O. En el proceso de domesticación (1960-1990), estas bacterias conservaron los genes de producción (NAP, NIR y NOR) pero perdieron los genes de degradación (NOS) de N2O. Este conocimiento permitió el diseño racional de estrategias de mejoramiento genético (selección de mutantes NAP, NIR y/o NOR) de los inoculantes tradicionales y de análisis de potencial inocuidad ambiental de nuevos aislamientos.
• Se identificaron seis nuevos mecanismos moleculares para incrementar la tolerancia a estrés abiótico, fijación de nitrógeno y glifosato en bacterias (glxA F208L, GltL KO, Cya KO, ZigA D186A, BetA S100A y NifH S90A). Estas mutaciones pueden inducirse por sustituciones puntuales generadas tanto por mutaciones espontaneas como por editores de base.
• Se comenzó a caracterizar los beneficios económicos y ambientales de 18 nuevas cepas en 11 cultivos regionales.