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Mayor rendimiento: Trasladan eficiente “motor fotosintético” desde cianobacterias hacia plantas

Utilizando ingeniería genética, científicos de Australia han logrado trasladar pequeños “motores de captura de carbono” desde las cianobacterias hacia las plantas, logrando mejorar dramáticamente la fotosíntesis y producción de azúcares. Este avance que promete impulsar los rendimientos de cultivos alimentarios importantes como el trigo, legumbres y la yuca.

El investigador principal Dr. Ben Long de la Universidad Nacional de Australia (ANU) dijo que el descubrimiento fue un gran avance para mejorar la forma en que los cultivos convierten el dióxido de carbono, el agua y la luz solar en energía, un proceso llamado fotosíntesis, que es una de las principales limitaciones del rendimiento de los cultivos.

“Por primera vez, hemos insertado pequeños compartimentos de cianobacterias, comúnmente conocidas como algas verdeazules, en plantas de cultivo que forman parte de un sistema que podría conducir a un aumento del 60% en el crecimiento y rendimiento de las plantas”, dijo el Dr. Ben Long, de la Escuela de Investigación de Biología de la ANU, cuyo trabajo ha sido financiado por el consorcio internacional Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE).

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Estos compartimentos, llamados carboxisomas, son responsables de hacer que las cianobacterias sean tan eficientes en la transformación del dióxido de carbono en azúcares ricos en energía.

“Hasta ahora, insertar un carboxisoma en una planta había estado en el campo de la ciencia ficción y nos ha llevado más de cinco años llegar a este punto”, dijo el Dr. Long.

“Estamos tratando de insertar un motor turbo de captura de carbono en las plantas, al imitar una solución que las cianobacterias, los antepasados ​​de los modernos cloroplastos en las plantas (los compartimentos verdes donde las plantas producen sus propios alimentos) se encontraron hace millones de años”.

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Rubisco, la enzima responsable de fijar el dióxido de carbono de la atmósfera, es lenta y le resulta difícil diferenciar entre el dióxido de carbono y el oxígeno, lo que lleva a una pérdida de energía derrochadora.

“A diferencia de las plantas de cultivo, las cianobacterias usan lo que se llama un ‘mecanismo de concentración de CO2’ para entregar grandes cantidades del gas en sus carboxisomas, donde se encapsula su Rubisco”, dijo el Dr. Long.

“Este mecanismo aumenta la velocidad con la que el CO2 puede transformarse en azúcar y minimiza las reacciones con el oxígeno”.

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La enzima Rubisco dentro de las cianobacterias puede capturar dióxido de carbono y generar azúcares unas tres veces más rápido que el Rubisco que se encuentra en las plantas.

Los modelos de computadora han demostrado que la mejora de la fotosíntesis de la planta para usar este mecanismo conducirá a un aumento dramático en el crecimiento y rendimiento de la planta.

“Todavía tenemos mucho trabajo por hacer, pero lograrlo en las plantas de tabaco fue un paso absolutamente esencial que nos ha demostrado que podemos esperar cosechas con mecanismos funcionales de concentración de CO2 en el futuro, produciendo un mayor rendimiento”, dijo el Dr. Long. .

El co-investigador, el profesor Dean Price de la Escuela de Investigación de Biología de la ANU, dijo que el descubrimiento ofrecía una estrategia prometedora a largo plazo para mejorar los rendimientos de los cultivos a nivel mundial y la resiliencia ambiental.

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“Necesitamos todos los esfuerzos creativos para mejorar el rendimiento de los cultivos si queremos alimentar a la creciente población mundial y estas opciones toman tiempo, por lo que tenemos que hacerlo ahora”, dijo el profesor Price, investigador jefe del consorcio RIPE y el Centro de Excelencia para la Fotosíntesis Traslacional del Australian Research Council (ARC).

El director de RIPE, Stephen Long, catedrático de Ciencias de los Cultivos y Biología Vegetal de la Universidad Ikenberry, dio la bienvenida al descubrimiento.

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“Cuando apoyamos esta investigación, comenzando hace cinco años, sabíamos que era un riesgo muy alto, pero seguimos adelante debido a las grandes recompensas que podía generar”, dijo.

“Nunca esperábamos ver carboxisomas en el cloroplasto de cultivos en esta etapa, tal vez solo piezas… Así que al reunir carboxisomas indistinguibles de los de las cianobacterias es un logro espectacular y nos coloca en el camino correcto para poder lograr el sistema completo”.

Esta investigación se publicó en Nature Communications.

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