arroz

La enzima de un alga puede acelerar la velocidad a la que las plantas fabrican alimentos.
 

Es difícil buscar pegas a un proceso que es capaz de crear alimentos a partir de luz solar, agua y aire, pero para muchas plantas sí hay margen para mejorar. Los investigadores han dado un importante paso hacia la mejora de la fotosíntesis mediante la modificación de plantas con enzimas procedentes de un alga azul-verde, que aceleran la conversión de dióxido de carbono en azúcares.

 

Los resultados, publicados el día 17 de Septiembre en Nature 1, superan un gran obstáculo para la mejora del rendimiento agrario, una meta cada vez más importante a medida que la población mundial sigue creciendo.

 

“Dado que la capacidad de aumentar las tierras para cultivo es limitada, hay un enorme interés en intentar mejorar el rendimiento de las principales cosechas”, dice Steven Gutteridge, un ayudante de investigación en la división de protección a cultivos de la empresa química DuPont en Newark, Delaware (EE.UU.).

 

Hace tiempo que los investigadores quieren mejorar el rendimiento fijándose en la RuBisCO, la enzima responsable de convertir el dióxido de carbono en un azúcar.la RuBisCO es posiblemente la proteína más abundante de la Tierra, y puede dar cuenta de hasta la mitad de todas las proteínas solubles que hay en una hoja.

 
Pero una de las razones de su abundancia es su ineficiencia: en parte, si las plantas producen tanta RuBisCO es para compensar que esta enzima es lenta catalizando. Se ha estimado que jugar con la RuBisCO y aumentar de algún modo la concentración de dióxido de carbono a su alrededor podría generar un aumento de hasta el 60% en el rendimiento de cultivos como el arroz y el trigo.
 

La velocidad de la luz

La genetista vegetal Maureen Hanson de la Universidad de Cornelia en Ítaca, Nueva York (EE.UU.) y sus colegas decidieron tomar una RuBisCO más rápida, la de la cianobacteria Synechococcus elongatus.

 

Un equipo que incluye a Hanson y al fisiólogo vegetal Martin Parry del centro Rothamsted Research en Harpenden (Reino Unido), ha introducido los genes de la RuBisCO bacteriana en el genoma del cloroplasto (el orgánulo de la célula donde tiene lugar la fotosíntesis) de plantas de tabaco (Nicotiana tabacum), un organismo modelo común para la investigación en ingeniería genética). En algunas de las plantas los investigadores también han incorporado una proteína bacteriana que se cree que ayuda a que la RuBisCO se pliegue adecuadamente. En otras, una proteína bacteriana que da soporte estructural a la RuBisCO.

 

Ambos tipos de tabaco son capaces de utilizar la RuBisCO bacteriana para la fotosíntesis, y ambos convierten CO2 en azúcar más rápido que el tabaco normal 2.

 

Este trabajo proporciona unos cimientos importantes para demostrar la hipótesis de que una RuBisCO más rápida puede hacer más productiva a una planta, según Donald Ort, un biólogo vegetal de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.). Pero Hanson tiene claro que su equipo necesita seguir investigando antes de que esa hipótesis quede probada.

 

Aunque la RuBisCO bacteriana trabaja más rápido que la del tabaco, también es más proclive a desperdiciar energía reaccionando con oxígeno en vez de hacerlo con CO2. Las bacterias fotosintéticas superan este problema generando estructuras especializadas llamadas carboxisomas, que encierran a la enzima y crean un ambiente rico en CO2, dificultando esas reacciones innecesarias.

 

Sin carboxisomas, las plantas modificadas de Hanson (que expresan mucha menos RuBisCO que las plantas normales) deben crecer en cámaras que puedan mantener la concentración de CO2 alta artificialmente.

 

Sin embargo, tienen la esperanza de librarse pronto de este requerimiento. En junio, el equipo de Hanson informó de que había creado un tabaco que podría formar estructuras similares a los carboxisomas bacterianos 3. El siguiente paso, según ella, será probar este experimento en las plantas que expresan la RuBisCO bacteriana. Ort dice que podría ser posible crear plantas de tabaco con carboxisomas funcionales en los próximos cinco años.
 

Imagen: El arroz es una de las cosechas que podrían aumentar su rendimiento al transformar la energía solar con mayor eficiencia. [chain45154/Moment/Getty]

Artículo original publicado por Heidi Ledford en Nature

Referencias:

  1. Lin, M. T., Occhialini, A., Andralojc, P. J., Parry, M. A. J. & Hanson, M. R. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature13776 (2014).
  2. McGrath, J. M. & Long, S. P. Plant Physiol. 164, 2247–2261 (2014).
  3. Lin, M. T. et al. Plant J. 79, 1–12 (2014).

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Polvo de estrellas. Homo sapiens. Apasionado de la Ciencia. Estudiante de Bioquímica. Escéptico. Montañero cuando puedo. Devoralibros. A veces duermo.