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Avanzan en desarrollo de “arroz C4”: genéticamente modificado con una ruta fotosintética más eficiente

Modificar una planta como el arroz, para cambiar su ruta de fotosíntesis C3 hacia la ruta de fotosíntesis C4, requiere un enfoque interdisciplinario e internacional. Crédito: Carl Davies

Una colaboración internacional de investigación a largo plazo destinada a desarrollar variedades de arroz de alto rendimiento y uso eficiente del agua ha instalado con éxito parte de la maquinaria fotosintética C4 del maíz (más eficiente) hacia el arroz (que naturalmente tiene una ruta C3 menos eficiente).

ARC Centre of Excellence for Translational Photosynthesis / 12 de noviembre, 2020.- “Reunimos cinco genes de maíz que codifican cinco enzimas en la vía fotosintética C4 en una sola construcción genética y la instalamos en plantas de arroz”, dijo la autora principal, la Dra. Maria Ermakova, que trabaja en la Universidad Nacional Australiana (ANU), como parte del Proyecto Internacional Arroz C4, dirigido por la Universidad de Oxford.

El arroz, uno de los principales alimentos básicos del mundo, utiliza la vía fotosintética C3 menos eficiente. Los científicos predicen que la introducción de los rasgos de fotosíntesis C4 más eficientes en el arroz puede aumentar potencialmente la eficiencia fotosintética en un cincuenta por ciento, mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno y duplicar la eficiencia del uso del agua.

“Aunque todavía falta mucho para introducir todos los genes necesarios para hacer arroz C4, este es el primer artículo en el que reunimos una bioquímica funcional de C4 en el arroz, lo cual es muy emocionante”, dijo la Dra. Ermakova, del Centro de Excelencia ARC para Fotosíntesis traslacional (CoETP).

Usando biología sintética, los científicos pueden introducir varios genes al mismo tiempo, obtener una planta en solo un año y hacer prototipos para rediseñar sus “construcciones” muy rápidamente, solo en cuestión de meses. En marcado contraste, utilizar el método antiguo, que inserta un solo gen cada vez, puede llevar varios años.

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“Para mí, el aspecto más importante de este estudio es que dominamos la tecnología que nos ayudará en nuestro viaje hacia el arroz C4 y ahora podemos avanzar a la siguiente fase a una velocidad mayor que nunca”, dijo el adjunto de CoETP. La directora, la profesora Susanne von Caemmerer, una de las coautoras de este estudio.

El Profesor Robert Furbank, Dra. Maria Ermakova y Dra. Florence Danila. Crédito: Natalia Bateman, CoETP

Utilizando el mismo tipo de técnica que utilizó Hal Hatch en 1966 durante el descubrimiento de la vía C4, el equipo de investigadores del Instituto Max Planck pudo seguir el CO2 marcado en su camino a través de la vía.

“Este es otro resultado clave, ya que pudimos demostrar que el dióxido de carbono se fija mediante la vía C4. En otras palabras, logramos la expresión génica, pero también logramos que las enzimas involucradas estuvieran activas y funcionando en la planta correctamente. células “, dice el profesor von Caemmerer.

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“Aunque las plantas que producimos aún no funcionan de manera muy eficiente como C4, ahora sabemos que parte de su fotosíntesis se mueve a través de la vía C4”, dice.

“El equipo de investigación incluye a científicos con experiencia diversa, desde microscopía hasta fisiología, fitomejoramiento y modelado”, dice la Dra. Florence Danila, quien estuvo a cargo de la localización de enzimas utilizando técnicas de microscopía molecular en el Nodo del Proyecto de Arroz ANU C4.

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“Comenzamos el proyecto de arroz C4 hace diez años, con la participación de dieciséis laboratorios en once países. Esta investigación en particular nos ha llevado cinco años completarla y el esfuerzo coordinado de varios investigadores de múltiples organizaciones de todo el mundo, incluida la Universidad Estatal de Washington, la Universidad de Oxford , Universidad de Cambridge, ANU y el Instituto Max Planck “, dice el profesor Robert Furbank, director del Centro ARC de excelencia para la fotosíntesis traslacional y uno de los autores del estudio.

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“Nuestro siguiente paso es ensamblar una construcción usando dieciséis genes, por lo que tenemos mucho trabajo por hacer. Estos son los primeros pasos vacilantes para lograr el arroz C4. Estos resultados muestran que podemos manipular una vía metabólica completa. Estos resultados muestran que la creación de un arroz C4 funcional es posible”, dice el profesor Furbank.

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