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Diseñan plantas que brillan durante todo su ciclo de vida usando genes de hongos

Las nuevas plantas transgénicas bioluminiscentes, desarrolladas por científicos rusos y austriacos, son más brillantes que plantas de tabaco GM anteriores, y no necesitan ser alimentadas con productos químicos para mantener la luminiscencia. Además, la duración del brillo es mucho más larga que las plantas brillantes producidas usando nanobiónica de plantas.

ScienceAlert / 27 de abril, 2020.- El resplandeciente invernadero de nuestros sueños aún está muy lejos, pero ya se acerca un poco más. Un equipo de científicos de Rusia y Austria han diseñado genéticamente una planta no solo con un brillo visible, sino también con un brillo autosostenible que dura todo el ciclo de vida de la planta.

Es una mejora impresionante respecto a plantas brillantes anteriores. Es más brillante que las plantas de tabaco genéticamente modificadas de antes, y no necesita ser alimentada con productos químicos para mantener la luminiscencia. Además, la duración del brillo es mucho más larga que las plantas brillantes producidas usando nanobiónica de plantas.

Por supuesto, todos pensamos de inmediato en un impresionante jardín nocturno estilo Avatar, reluciente y brillante en la oscuridad y, más allá en el futuro, reduciendo nuestra dependencia de la iluminación eléctrica.

Pero la vegetación brillante también podría ayudarnos a comprender las plantas mismas: cómo funciona su metabolismo y cómo responden al mundo que las rodea.

El equipo trabajó en dos especies de plantas de tabaco. Y, a diferencia de las plantas brillantes genéticamente modificadas anteriores, que usaban bacterias bioluminiscentes o ADN de luciérnaga, estas plantas fueron diseñadas usando el ADN de hongos bioluminiscentes.

“Aunque los genes de bioluminiscencia bacteriana pueden dirigirse a los plástidos para diseñar la autoluminiscencia, es técnicamente engorroso y no produce suficiente luz”, escribieron los investigadores en su estudio.

“El ciclo del ácido cafeico, que es una vía metabólica responsable de la luminiscencia en hongos, se caracterizó recientemente. Reportamos emisión de luz en plantas de Nicotiana tabacum y Nicotiana benthamiana sin la adición de ningún sustrato exógeno mediante la ingeniería de genes de bioluminiscencia fúngica en el genoma nuclear de la planta. ”

Fue solo a finales de 2018 que un equipo de investigadores (muchos de los cuales trabajaron en esta nueva investigación también) publicaron un estudio sobre la biosíntesis de la luciferina fúngica, los compuestos que producen un brillo en hongos luminiscentes.

Descubrieron que estos hongos sintetizan luciferina a partir de un compuesto llamado ácido cafeico, trabajado por cuatro enzimas. Dos enzimas trabajan para transformar el ácido cafeico en un precursor luminiscente; una tercera enzima oxida este precursor para producir un fotón. La cuarta enzima convierte la molécula nuevamente en ácido cafeico, que puede reciclarse a través del mismo proceso.

Y aquí es donde las cosas se ponen interesantes, porque el ácido cafeico (sin relación con la cafeína) se encuentra en todas las plantas. Es clave para la biosíntesis de la lignina, el polímero de madera que le da rigidez y resistencia a las paredes celulares de las plantas.

El equipo razonó que, por lo tanto, podría ser posible modificar genéticamente las plantas para reasignar parte de su ácido cafeico a la biosíntesis de luciferina, como se ve en los hongos bioluminiscentes.

Empalmaron sus plantas de tabaco con cuatro genes de hongos asociados con la bioluminiscencia, y las cultivaron cuidadosamente.  Descubrieron entonces que las plantas brillaban con una luz visible a simple vista desde las plántulas hasta la madurez, sin ningún costo aparente para la salud de la planta.

“El fenotipo general, el contenido de clorofila y carotenoides, el tiempo de floración y la germinación de las semillas no diferían del tabaco de tipo silvestre en el invernadero, con la excepción de un aumento del 12% en la altura media de las plantas transgénicas“, escribieron los investigadores en su estudio.

“Esto sugiere que, a diferencia de la expresión de bioluminiscencia bacteriana, la expresión del ciclo del ácido cafeico no es tóxica en las plantas y no impone una carga obvia en el crecimiento de las plantas, al menos en el invernadero”.

Descubrieron que las partes más jóvenes de la planta brillaban más intensamente, con las flores cada vez más brillantes. Estos produjeron, según los investigadores, alrededor de mil millones de fotones por minuto. Eso no es suficiente para leer, pero es lo suficientemente brillante como para ser claramente visible.

También es alrededor de 10 veces más brillante que otras plantas brillantes genéticamente modificadas, dijeron los investigadores. No es la planta más brillante producida; ese honor pertenece una planta de berro de agua GM producido por científicos del MIT utilizando una técnica llamada nanobiónica de plantas, que produjo un brillo de alrededor de un billón de fotones por segundo … pero solo duró 3,5 horas.

[Recomendado: Las plantas brillantes de ‘Avatar’ ya son una realidad gracias a la nanotecnología]

Este nuevo resplandor autosuficiente a largo plazo, según el equipo, podría actuar como un indicador de cómo las plantas respondieron a su entorno externo. Cuando colocaban una cáscara de plátano cerca, por ejemplo, las plantas brillaban más intensamente en respuesta al etileno emitido.

También se observaron parpadeos y ondas en la luz, producidos por procesos metabólicos internos que generalmente están ocultos, lo que sugiere que esta investigación podría ser una forma interesante de estudiar la salud de las plantas.

“Al permitir la emisión de luz autónoma, se pueden monitorear los procesos dinámicos en las plantas, incluido el desarrollo y la patogénesis, las respuestas a las condiciones ambientales y los efectos del tratamiento químico”, escribieron los investigadores en su estudio.

“Al eliminar la necesidad de la adición exógena de luciferina u otros sustratos, estas capacidades luminiscentes deberían ser particularmente útiles para experimentos con plantas cultivadas en el suelo”.

Mientras tanto, el equipo está trabajando para expandir la investigación. Tienen plantas con flores genéticamente modificadas, como bígaros, petunias y rosas. También están tratando de producir un brillo aún mayor y diferentes colores. Y están pensando mucho, mucho más grande.

“Aunque el ácido cafeico no es nativo de los animales, la luminiscencia autónoma también podría habilitarse en los animales”, escribieron.

¿No sería eso algo?

La investigación ha sido publicada en Nature Biotechnology.

 

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