Planta diseñada para una fotosíntesis más eficiente

Una planta de tabaco genéticamente modificada, desarrollada con dos genes de algas verdeazuladas (cianobacterias), promete mejorar los rendimientos de muchos cultivos alimenticios.

Las plantas fotosintetizan: convierten el dióxido de carbono, el agua y la luz en oxígeno y sacarosa, un azúcar que se usa para generar energía y para construir nuevos tejidos vegetales, pero las cianobacterias pueden realizar la fotosíntesis significativamente más rápido que muchos cultivos.

“Esta es la primera vez que una planta se ha creado a través de la ingeniería genética para fijar todo su carbono mediante una enzima cianobacteriana”, dijo Maureen Hanson, coautora del estudio y profesora de Biología Molecular de Plantas de Liberty Hyde Bailey en Cornell.

“Es un primer paso importante en la creación de plantas con una fotosíntesis más eficiente”, dijo Hanson.

El estudio se publicó el 17 de septiembre en la revista Nature . Myat Lin, becario postdoctoral en el laboratorio de Hanson, y Alessandro Occhialini, científico de Rothamsted Research del Reino Unido, son coautores principales del estudio.

Los cultivos con la fijación de carbono más rápida de las cianobacterias producirían más, de acuerdo con un estudio de modelado computarizado de Justin McGrath y Stephen Long en la Universidad de Illinois. Producir más cultivos en tierra cultivable finita es una necesidad, ya que se prevé que la población mundial superará los nueve mil millones en 2050.

Aunque otros lo han intentado y fracasado, los investigadores de Cornell y Rothamsted han reemplazado con éxito el gen de una enzima fijadora de carbono llamada Rubisco en una planta de tabaco con dos genes para una versión cianobacteriana de Rubisco, que funciona más rápido que la enzima original de la planta.

Todas las plantas requieren Rubisco para fijar el carbono durante la fotosíntesis. Rubisco reacciona con el dióxido de carbono y el oxígeno en el aire, pero cuando reacciona con el oxígeno, la tasa de fotosíntesis de la planta se ralentiza, lo que reduce los rendimientos.

En muchas plantas de cultivo, incluido el tabaco, Rubisco es menos reactivo con el oxígeno, pero una compensación conduce a una fijación de carbono y fotosíntesis más lenta, y por lo tanto, rendimientos más pequeños. El Rubisco en las cianobacterias repara el carbono más rápido, pero es más reactivo con el oxígeno. Como resultado, en las cianobacterias, Rubisco está protegido en micro-compartimentos especiales (llamados carboxisomas) que retienen el oxígeno y concentran el dióxido de carbono para una fotosíntesis eficiente.

En investigaciones anteriores, Lin, Hanson y sus colegas insertaron genes de algas azul-verdes en el tabaco para crear carboxisomas en las células vegetales. En futuros trabajos, los investigadores necesitarán combinar genes para cianobacterias Rubisco con genes para carboxisomas en los cloroplastos del tabaco, el sitio en la célula donde tiene lugar la fotosíntesis .

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