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Descubrimiento permitirá aumentar nivel de hierro en cultivos alimentarios

Los investigadores han descubierto un gen que controla la regulación de la absorción de hierro en las plantas, según un nuevo estudio del Dartmouth College.

Con más de 2 mil millones de personas que sufren de deficiencia de hierro en todo el mundo, el descubrimiento podría ser la clave para aumentar el potencial del hierro de cultivos como el arroz, el trigo y la yuca que forman las dietas básicas de más de la mitad de la población mundial.

El gen señala cuándo las plantas deberían permitir el transporte de hierro alternando una vía genética que incluye cientos de otros genes.

El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, es el último de una serie de proyectos de investigación sobre el transporte y almacenamiento de hierro en plantas del equipo de Dartmouth. La investigación actual detalla la identificación del gen en las plantas y proporciona la primera descripción de cómo funciona para regular la absorción de hierro.

“Hemos descubierto un regulador clave en una de las vías de nutrientes más importantes del mundo”, dijo Mary Lou Guerinot, profesora de ciencias biológicas en Dartmouth e investigadora principal del proyecto. “Si ahora podemos descubrir cómo optimizar el camino, podríamos alimentar a miles de millones de personas que sufren de deficiencia de hierro, un gran problema especialmente para las mujeres y los niños en todo el mundo”.

Los investigadores estudiaron la absorción de hierro en Arabidopsis thaliana, tanto del tipo convencional o wild type (WT) como con el gen URI mutado, para aprender cómo las plantas aportan hierro. La eliminación del gen URI (foto inferior izquierda) evita la absorción de hierro y hace que la planta muera. Fotos cortesía de Sun A Kim.

El gen recientemente descubierto, conocido como Upstream Regulator of IRT1 (URI) o Regulador Río Arriba de IRT1 en español, controla cuándo deben expresarse los genes en la raíz de una planta para comenzar la absorción de hierro. Según el equipo, URI controla hasta 1.500 otros genes, incluidos los que no tienen nada que ver con el hierro.

El equipo de investigación descubrió que la proteína URI siempre está presente en las plantas. La presencia constante de la proteína creó el desafío adicional de comprender cómo la proteína detecta el estado de suficiencia de hierro para regularse y evitar la sobreexposición tóxica al elemento.

“Nuestra investigación encontró que la abundancia de la proteína URI no cambia por las condiciones de hierro”, dijo Sun A Kim, científico investigador de Dartmouth y primer autor del estudio. “Ante el hallazgo de que la proteína siempre está presente, investigamos si la proteína URI se modifica en respuesta a la disponibilidad de hierro para alterar su actividad”.

Los investigadores descubrieron que, en condiciones deficientes de hierro, la proteína URI se combina con una molécula de fosfato y activa una secuencia de eventos genéticos para activar el sistema de absorción de hierro. Este proceso de fosforilación es un mecanismo común utilizado por las células para regular la función de las proteínas y transmitir señales.

URI también controla una proteína que detiene el transporte de hierro a través de la raíz de la planta en condiciones de suficiente hierro.

“No solo encontramos URI, también encontramos las regiones de ADN donde la proteína URI se une para permitir que se exprese la vía de absorción de hierro. URI es un factor de transcripción y se está modificando para saber cuándo unirse y activar otros genes, “Dijo Kim.

Las plantas dependen del hierro para la fotosíntesis y el crecimiento. Pero el hierro es altamente reactivo y tóxico, por lo que la absorción y el almacenamiento del elemento están estrictamente controlados. El resultado es que las plantas tienden a regular demasiado el hierro.

El equipo de investigación ahora se está enfocando en desarrollar una planta con un regulador que permanezca en la posición “encendida” por más tiempo. El objetivo del equipo es hacer que las plantas absorban suficiente hierro para beneficiar a los consumidores humanos de plantas.

“Los alimentos en muchas de las dietas básicas en todo el mundo no son una buena fuente de hierro como la carne roja. Este descubrimiento de investigación podría proporcionar hierro a las personas que aún no lo están obteniendo”, dijo Guerinot.

Investigaciones anteriores del equipo para identificar mecanismos que controlan el transporte y el almacenamiento de hierro en las plantas han dado como resultado cultivos que acumulan más hierro. La investigación actual se realizó en la planta modelo Arabidopsis thaliana y agrega una pieza crucial al enigma de cómo las plantas regulan la absorción de hierro.

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