Investigadores obtienen patente de una fórmula que induce la germinación y acelera el crecimiento de plantas

La solución se produce con chalcona, una sustancia química de la familia de los flavonoides, y tiene potencial para su uso en áreas agrícolas y en la restauración de bosques

Por Luciana Constantino  |  Agência FAPESP – Investigadores del Laboratorio de Genómica y bioEnergía (LGE) de la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil, obtuvieron la patente de un tipo de fertilizante bioestimulante que induce la germinación de semillas y acelera el crecimiento de plantas, con potencial para su uso en áreas agrícolas y en la restauración de bosques, por ejemplo.

La solución se produce con chalcona, una sustancia química de la familia de los flavonoides con un papel importante en la defensa vegetal, además de propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antimicrobianas y antifúngicas. Ahora, el grupo está abierto a propuestas de interesados en el mercado para el licenciamiento y comercialización de la fórmula.

El descubrimiento del efecto sobre el crecimiento se produjo durante un experimento que buscaba explorar los impactos de la chalcona en plantas bajo estrés hídrico, conducido por la tecnóloga en procesos químicos Mariana Teixeira Rebouças – quien en el momento de la investigación era becaria de iniciación científica de la FAPESP en el LGE.

“Investigadores del laboratorio ya venían estudiando los efectos de la chalcona en la producción de eucalipto. Sin embargo, el ciclo de esa planta es largo. Empezamos a probarla en otras variedades, como Arabidopsis thaliana, tabaco, caña de azúcar y sorgo. Durante el seguimiento, notamos que las plantas tratadas parecían más grandes que las del grupo de control. Realizamos otros experimentos y pudimos demostrar su eficacia”, explica Rebouças. Actualmente, ella trabaja en una empresa química en el área de desarrollo de formulaciones agrícolas, fertilizantes y defensivos.

Junto con el biotecnólogo Nicholas Vinícius Silva, quien en ese período cursaba el doctorado, probaron la formulación en plántulas nativas de la Mata Atlántica, con efectos positivos. “Incluso con los resultados obtenidos en la Unicamp, quisimos ir más allá. Tengo una tía que es propietaria de un vivero de plántulas en el interior de São Paulo. Vi una oportunidad para probar lo que habíamos desarrollado y, al mismo tiempo, llevar tecnología al lugar de donde vengo, con el propósito de recuperar áreas deforestadas y fuentes de agua. Ver plántulas nativas, que antes tardaban seis meses en estar listas para el campo, listas en solo tres meses fue indescriptible. Es un orgullo ver cómo la investigación se convierte en realidad”, relata.

El trabajo fue descrito en la tesis doctoral de Silva —“Desentrañando el papel del flavonoide trans-chalcona en el crecimiento y desarrollo de las plantas”— defendida en 2022 en la Unicamp bajo la dirección del profesor Gonçalo Pereira, coordinador del LGE.

Impacto

Según los resultados, con el uso de la fórmula en dosis bajas —entre 0.01 y 0.03 milimolar (mM)—, se observó crecimiento en diversas plantas tanto en la altura de la parte aérea como en el diámetro del tallo, además de un mayor desarrollo en longitud y densidad del sistema radicular. También se favoreció la germinación. Sin embargo, en dosis altas (mayores o iguales a 0.1 mM), se registraron efectos inhibidores en las semillas.

Al analizar el conjunto de genes (perfil transcriptómico) de las hojas de Arabidopsis thaliana tratadas con chalcona a una dosis de 0.01 mM, se encontraron evidencias de que la aplicación altera el metabolismo de los fenilpropanoides (compuestos orgánicos derivados del aminoácido fenilalanina), la fotosíntesis y el metabolismo energético de las plantas, lo que resulta en mayor adaptabilidad y desarrollo.

Considerada una planta modelo en biología —y por ello una de las más estudiadas del mundo—, la Arabidopsis es una especie de maleza originaria de clima templado y cuyo genoma fue completamente secuenciado en el año 2000. Es de fácil cultivo y tiene un ciclo de vida corto, de hasta seis semanas.

En el estudio, se observó un incremento de más del 75 % en el tamaño del área de la roseta de la Arabidopsis thaliana tratada con chalcona, en comparación con las plantas control. Las raíces de las plantas germinadas en medio suplementado mostraron un crecimiento del 94 %. En el caso del tabaco, se constató un aumento del 130 % en altura, un 148 % más de biomasa aérea y un 40 % más de diámetro del tallo, además de un desempeño radicular similar al de Arabidopsis.

(créditos: Nicholas Vinícius Silva y Mariana Teixeira Rebouças)

“La expresión génica de la chalcona ya era evidente desde cuando trabajábamos en el proyecto Genolyptus, un consorcio de universidades, instituciones de investigación y empresas del sector del eucalipto para su mejoramiento genético. Anteriormente descubrimos una vía de producción de flavonoides que se activaba en algunas variedades con mejor calidad de madera. Quisimos entender qué ocurriría si aplicábamos chalcona a eucaliptos con menor calidad de madera. Pero su ciclo es mucho más largo”, recuerda el investigador Jorge Lepikson Neto, cotutor de tesis de Silva.

Actualmente gerente de agroindustria en el Senai Cimatec (Campus Integrado de Manufactura y Tecnología del Servicio Nacional de Aprendizaje Industrial — una iniciativa sin fines de lucro de la CNI, Confederación Nacional de la Industria), Lepikson Neto fue integrante del LGE durante años, donde realizó un posdoctorado con beca de FAPESP (proyectos 13/17846-0 y 12/22652-7) y obtuvo, en 2018, la patente de una composición y método que permiten modificar la madera de eucaliptos —sin necesidad de transgénesis— para su mejor aprovechamiento en la industria papelera y para la generación de energía.

El artículo científico –mRNA sequencing of Eucalyptus urograndistrees supplemented with flavonoids shows changes on metabolic process and decrease of lignification– describió el estudio con dicha técnica y puede ser leído en la revista BMC Proceedings.

El paso a paso de la ciencia

Con cerca de 50 patentes registradas hasta la fecha, el LGE inició sus actividades en abril de 1997, bajo el nombre de Laboratorio de Genómica y Expresión, en el Instituto de Biología de la Unicamp.

Fue responsable de crear el grupo de bioinformática en el Programa Genoma de Xylella fastidiosa, lanzado también ese año por la FAPESP con apoyo del Fondo de Defensa de la Citricultura (Fundecitrus). Este programa fue, hasta ese momento, el mayor proyecto científico de Brasil, con una inversión de 15 millones de dólares. Xylella fastidiosa fue el primer fitopatógeno con genoma secuenciado en el mundo —con 2.7 millones de bases en su cromosoma— y es la bacteria causante de enfermedades en cultivos agrícolas, como el “amarelinho”, una de las peores plagas de los naranjales de São Paulo (lea más en: revistapesquisa.fapesp.br/es/un-impulso-a-la-ciencia-brasilena/).

“Conseguimos autorización para comprar un equipo de alto costo que nos permitió hacer microarreglos de ADN [una técnica que analiza miles de genes al mismo tiempo]. Y con las investigaciones de Jorge sobre eucalipto fuimos desarrollando la línea relacionada con la chalcona. Cuando FAPESP autorizó la compra, incluso descorché un champán. No lo había planeado, pero recuerdo que aún conservo el corcho aquí hasta hoy. Tiene la fecha: 22/12/1999”, comenta entre risas el profesor Gonçalo Pereira, mostrando el corcho durante una entrevista por videollamada con la Agência FAPESP.

“Digo esto para demostrar la importancia de la ciencia básica. Uno trata de descubrir un fenómeno, pero cuando comienza, no sabe exactamente a dónde lo llevará”, añade.

En los últimos años, los científicos del laboratorio han aplicado no solo genómica, sino también diversas estrategias de bioinformática en estudios relacionados con la bioenergía, enfocados principalmente en cultivos fuente de biomasa, como la caña de azúcar, la macaúba y, más recientemente, el agave (lea más en: agencia.fapesp.br/53178).