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Genes fotosintéticos de algas aumentan un 60% del rendimiento en cultivos agrícolas

Los rendimientos de cultivos alimentarios importantes como el arroz, el trigo y la soya podrían mejorarse equipando a las plantas con proteínas fotosintéticas de algas para mejorar su crecimiento.

University Of Edinburgh / 9 de diciembre, 2020.- El enfoque biotecnológico podría aumentar el rendimiento de los cultivos hasta en un 60% y hacerlos más resistentes a los impactos del cambio climático. Esto ayudará a los esfuerzos para alimentar a la creciente población del planeta al permitir la producción de más alimentos en la misma cantidad de tierra y ayudar a que los cultivos prosperen en condiciones deficientes, incluida la sequía.

La técnica consiste en la mejora de la fotosíntesis, el complejo proceso que utilizan las plantas para convertir la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) en energía para impulsar su crecimiento.

Investigadores de la Universidad de Edimburgo buscaron mejorar el crecimiento de las plantas mediante el uso de un enfoque de manipulación genética para mejorar la eficiencia de la fotosíntesis.

En las plantas, la enzima clave involucrada en la fotosíntesis, conocida como Rubisco, es ineficiente.

Investigaciones anteriores han demostrado que Rubisco generalmente opera a solo la mitad de su potencial para capturar y convertir CO2 que impulsa el crecimiento de las plantas.

Para abordar esto, el equipo se inspiró en las algas, pequeñas fabricas fotosintéticas unicelulares que viven en océanos y otros cuerpos de agua donde el CO2 es escaso.

Las algas mejoran la eficiencia de la fotosíntesis mediante el uso de un mecanismo de concentración de CO2 especializado asociado con sus cloroplastos, los centros de fotosíntesis que se encuentran dentro de todas las células vegetales y de algas.

Las algas han desarrollado una estructura fotosintética especial similar a un líquido, conocida como pirenoide, que inunda las enzimas Rubisco en el cloroplasto con un suministro concentrado de CO2.

El equipo recreó una estructura similar a un pirenoide dentro de los cloroplastos de las plantas modificando sutilmente la enzima Rubisco en las plantas para que se comportara más como una Rubisco de alga.

Luego agregaron una proteína, conocida como EPYC1, que es una parte vital del mecanismo de concentración de CO2 de las algas y actúa como un pegamento molecular que une múltiples enzimas Rubisco en el pirenoide.

El avance marca un gran paso adelante en la mejora de la eficiencia de la fotosíntesis, utilizando una estrategia que se prevé que impulsará significativamente el crecimiento de las plantas.

Esfuerzos similares para impulsar la fotosíntesis en el pasado han requerido cambios sustanciales en Rubisco, que es una enzima difícil y compleja de modificar en plantas.

Los resultados en la especie de planta modelo Arabidopsis revelaron que las estructuras similares a los pirenoides podrían integrarse con éxito dentro de los cloroplastos sin obstaculizar el crecimiento de la planta.

El enfoque también podría hacer que los cultivos sean más tolerantes al cambio climático y reducir el uso de fertilizantes, ya que reduce la pérdida de agua de las hojas y permite que las plantas usen fertilizantes de manera más eficiente.

El siguiente paso será introducir un mecanismo de bombeo de CO2 para alimentar el pirenoide que contiene Rubisco con un suministro concentrado de CO2.

El estudio, publicado en Nature Communications, fue financiado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas de Investigación e Innovación del Reino Unido y Leverhulme Trust.

La investigación se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

«El pirenoide es un fascinante compartimento similar a un líquido que ayuda a que la fotosíntesis en las algas sea muy eficiente. Este año ha traído varios avances interesantes en nuestra comprensión de cómo se ensamblan los pirenoides y nuestra capacidad para construirlos en las plantas, lo que podría conducir a aumentos significativos en la captura de CO2 y crecimiento en cultivos», afirmó el Dr. Alistair McCormick, profesor de Fisiología Molecular Vegetal y Biología Sintética, Universidad de Edimburgo.

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