Investigadores de la Universidad de Nueva York han desarrollado un enfoque innovador que combina la inteligencia artificial y la genética para mejorar la eficiencia del uso de nitrógeno en cultivos como el maíz. Este avance tiene como objetivo ayudar a los agricultores a incrementar sus rendimientos agrícolas y reducir los costos asociados a los fertilizantes nitrogenados, cuyo uso excesivo plantea serios riesgos medioambientales.
Gloria Coruzzi, profesora de biología en NYU y autora principal del estudio publicado en la revista The Plant Cell, explica que “al identificar los genes relevantes para la utilización del nitrógeno, podemos seleccionar o incluso modificar ciertos genes para mejorar la eficiencia del uso de nitrógeno en cultivos importantes de Estados Unidos, como el maíz”.
A lo largo de los últimos 50 años, los agricultores han logrado aumentos significativos en sus cosechas gracias a mejoras en la selección de plantas y en el uso de fertilizantes. Sin embargo, la mayoría de los cultivos solo aprovechan alrededor del 55% del nitrógeno aplicado, lo que provoca una serie de problemas medioambientales, incluyendo la contaminación del agua potable y la emisión de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero que es 265 veces más potente que el dióxido de carbono a lo largo de un siglo.
Innovaciones en la eficiencia del uso de nitrógeno
El maíz, como principal cultivo de cash en Estados Unidos, presenta un desafío financiero para los agricultores debido a la baja eficiencia en el uso del nitrógeno. La mayoría del fertilizante utilizado no es absorbido por la planta, lo que no solo incrementa los costos para los productores, sino que también conlleva riesgos para la salud del suelo y del medio ambiente.
Para abordar esta problemática, los investigadores de NYU han desarrollado un proceso que integra la genética de las plantas y el aprendizaje automático. Este enfoque permite identificar patrones en datos que asocian genes específicos con la eficiencia del uso de nitrógeno. A través de un modelo que compara la historia evolutiva de los genes del maíz con los de la Arabidopsis, una planta modelo en biología vegetal, los científicos han podido identificar genes cuya respuesta al nitrógeno se ha conservado a lo largo del tiempo.
En el estudio más reciente, el equipo de NYU amplió su investigación para determinar cómo grupos de genes, conocidos como «regulones», son activados o reprimidos por factores de transcripción, proteínas que regulan la actividad genética. Utilizando secuenciación de ARN, los investigadores midieron cómo los genes de maíz y Arabidopsis responden al tratamiento con nitrógeno y entrenaron modelos de aprendizaje automático para predecir la eficiencia del uso de nitrógeno en variedades de maíz cultivadas en campo.
Los resultados han permitido a los investigadores validar regulones para dos factores de transcripción en el maíz que controlan un conjunto de 24 genes implicados en el uso del nitrógeno. Estos hallazgos, que han sido patentados por NYU, abren la puerta a la posibilidad de utilizar tecnología de edición genética CRISPR para mejorar la eficiencia del uso de nitrógeno en cultivos.
Coruzzi concluye que este avance no solo proporcionará ahorros significativos a los agricultores, sino que también reducirá los efectos nocivos de la contaminación por nitrógeno en el agua y las emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo así a un futuro agrícola más sostenible.
