UNA “SÚPER FOTOSÍNTESIS” PODRÍA AUMENTAR EL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS

Es difícil encontrar defectos en un proceso que puede crear alimentos a partir de la luz solar, el agua y el aire, pero para muchas plantas, existe un margen de mejora.  Investigadores han dado un paso importante hacia la mejora de la fotosíntesis diseñando plantas con enzimas que provienen de las algas verdeazuladas (cianobacterias) que aceleran el proceso de convertir el dióxido de carbono en azúcares.

Los resultados, publicados en la revista Nature, coronan un obstáculo desalentador en el camino en busca de aumentar los rendimientos de las cosechas –una meta que está teniendo cada vez más importancia conforme la población mundial crece–.

“Con la limitada capacidad de aumentar el uso del suelo para la agricultura, hay un gran interés en tratar de mejorar el rendimiento en todos los principales cultivos”, dice Steven Gutteridge, investigador de la división de protección de cultivos de la empresa química DuPont, en Newark, Delaware.

Los investigadores llevan tiempo tratando de incrementar los rendimientos de las cosechas utilizando rubisco, la enzima responsable de la conversión de dióxido de carbono en azúcar.  Rubisco es posiblemente la proteína más abundante en la Tierra y puede representar hasta la mitad de toda la proteína soluble que se encuentra en una hoja.

Sin embargo, una de las razones por las que la enzima es tan abundante es su gran ineficiencia: las plantas producen tanto rubisco para compensar su lento proceso de catálisis. Algunos han estimado que juguetear con la enzima rubisco y aumentar su capacidad de concentrar dióxido de carbono alrededor de ella podría generar hasta un 60% de incremento en los rendimientos de cultivos como el arroz y el trigo.

Velocidad de la luz

Maureen Hanson, experta en genética de plantas de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, y sus colegas decidieron pedir prestado un rubisco más rápido a la cianobacteria Synechococcus elongatus.

El equipo que incluye a Hanson y al fisiólogo de plantas Martin Parry, de Rothamsted Research en Harpenden, Reino Unido, transportó genes del rubisco bacteriano al genoma del cloroplasto –el orgánulo celular donde se realiza la fotosíntesis – en la planta del tabaco (Nicotiana tabacum), un organismo modelo común para investigación de ingeniería genética. En algunas de las plantas los investigadores también añadieron una proteína bacteriana que se cree que ayuda a la enzima rubisco a doblarse correctamente. En otras, les añadieron una proteína bacteriana que estructuralmente apoya al rubisco.

Ambas líneas de tabaco fueron capaces de utilizar la enzima rubisco bacteriana para la fotosíntesis, y ambas lograron convertir el CO2 a azúcar más rápido que las plantas de tabaco normal.

El trabajo proporciona una base sólida para probar la hipótesis de que una rubisco más rápida puede hacer una planta más productiva, dice Donald Ort, un biólogo de plantas en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Pero Hanson se apresura a señalar que su equipo tendrá que hacer algo más antes de que la hipótesis pueda ser comprobada.

Aunque la rubisco bacteriana funciona más rápido que la enzima del tabaco, también es más propensa a desperdiciar energía al reaccionar con el oxígeno en lugar del CO2. Las bacterias fotosintéticas superan este problema mediante la creación de estructuras especializadas llamadas carboxisomas, que encierran la enzima y crean un ambiente rico en CO2, desalentando reacciones derrochadoras.

Sin carboxisomas, las plantas mejoradas genéticamente por Hanson – que también expresan mucho menos rubisco que las plantas normales – deben ser cultivadas en cámaras que puedan mantener concentraciones artificialmente elevadas de CO2.

Hay esperanza, sin embargo, que pronto podrán librarse de ese requisito. En junio, el equipo de Hanson reportó la creación de tabaco que podría generar estructuras que se asemejan a los carboxisomas bacterianos. El siguiente paso, dice Hanson, será probar este experimento en plantas que expresan la versión ‘turbo’ del rubisco bacteriano.

Ort dice que podría ser posible generar plantas de tabaco con carboxisomas funcionales en los próximos cinco años.

FUENTE: https://www.scientificamerican.com/espanol/noticias/una-super-fotosintesis-podria-aumentar-el-rendimiento-de-los-cultivos/