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Descubren gen que mejora el crecimiento de las plantas y la producción de biocombustibles

Un equipo de investigación liderado por la Universidad de Georgia (EE.UU.) descubrió que la manipulación de un mismo gen en los álamos y el pasto varilla produce plantas que crecen mejor y se convierten más eficientemente en biocombustibles.

Debido a la composición de las paredes celulares de las plantas, el material vegetal no se rompe ni se deconstruye hasta los azúcares básicos que se transforman en biocombustibles.

En un estudio publicado recientemente en Nature Biotechnology, los investigadores informan que la reducción de la actividad de un gen específico llamado GAUT4 conduce a niveles más bajos de pectina, un componente de las paredes celulares de las plantas responsables de su resistencia a la deconstrucción o degradación.

“Es costoso producir biocombustibles”, dijo la autoria principal del estudio Debra Mohnen, miembro del Complejo de Investigación de Hidratos de Carbono de UGA y profesor de bioquímica y biología molecular en el Franklin College of Arts and Sciences. “Involucra mucha energía romper y abrir la biomasa vegetal, con un proceso de pretratamiento que involucra productos químicos, altas temperaturas y enzimas que rompen los polímeros complejos hacia azúcares más pequeños que pueden convertirse en combustibles. Incluso aumentos relativamente modestos en la eficiencia de la degradación pueden ser importantes a escala industrial”.

Mohnen y un equipo de investigadores de seis instituciones descubrieron que la reducción de la expresión de GAUT4 en álamo y pasto varilla redujo en un 70% el contenido de pectina y produjo un aumento del 15% en la liberación de azúcar. Inesperadamente, también condujo a un aumento en el crecimiento de ambas especies de plantas, constituyendo un beneficio adicional.

“Aumentamos seis veces la cantidad de rendimiento de biomasa del pasto cultivado en el campo, y aumentamos la cantidad de etanol siete veces por planta”, dijo Mohnen. “También observamos un mayor crecimiento y liberación de azúcar en el álamo”.

El aumento en el rendimiento de la planta y la liberación de azúcar demostrada tanto en ensayos de invernadero como de campo para el pasto, es un buen augurio para la creación de biocombustibles, una alternativa importante a los combustibles fósiles. El Departamento de Energía de EE. UU., identificó al pasto y al álamo como dos materias primas para biocombustibles que no se pueden cultivar en tierras que no serían rentables para cultivos alimentarios.

El equipo también exploró el mecanismo detrás de los resultados, produciendo la primera evidencia de que una reducción en GAUT4 reduce específicamente dos de los tres tipos de pectina en las plantas. La influencia de la pectina en la producción de biocombustibles ha sido ignorada en gran parte, según el primer autor del artículo, Ajaya Biswal, científico asistente de investigación del CCRC. En una investigación que comenzó hace más de una década, Biswal encontró el GAUT4 expresado en álamo y luego se enfocó en el gen tanto del álamo como del pasto.

“Tendemos a olvidar que la comprensión de la mecánica y la estructura de la pared de una planta como el pasto varilla es un viaje largo”, dijo. “La madre naturaleza tardó millones de años en construirla, y explorarla completamente en 10 años es imposible, todavía tenemos mucho más que aprender”.

Para este estudio, científicos de UGA se unieron a científicos del DOE-BioEnergy Science Center, Oak Ridge National Laboratory, University of Tennessee, ArborGen y National Renewable Energy Laboratory.

“Estos descubrimientos han contribuido a nuestra comprensión fundamental de cómo se forman las paredes celulares”, dijo Jerry Tuskan, CEO y director de CBI. “Con estas ideas, ahora podemos deconstruir racionalmente la biomasa vegetal en precursores para biocombustibles y otros productos biológicos”.

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