Un equipo internacional de investigadores ha descubierto un truco molecular extraordinario utilizado por un grupo único de plantas terrestres.
por el Instituto Boyce Thompson
Este truco podría eventualmente incorporarse a cultivos como el trigo y el arroz para aumentar drásticamente la eficiencia con la que convierten la luz solar en alimento. El estudio se publicó en Science .
El estudio, dirigido por investigadores del Instituto Boyce Thompson (BTI), la Universidad de Cornell y la Universidad de Edimburgo, se centra en un problema fundamental de la agricultura: la enzima responsable de capturar el dióxido de carbono del aire durante la fotosíntesis, llamada Rubisco, es lenta e ineficiente.
«La rubisco es posiblemente la enzima más importante del planeta, ya que es la vía de entrada de casi todo el carbono presente en los alimentos que consumimos», afirmó el profesor asociado del BTI, Fay-Wei Li, codirector de la investigación. «Sin embargo, es lenta y se distrae fácilmente con el oxígeno, lo que desperdicia energía y limita la eficiencia del crecimiento de las plantas».
Cómo algunos organismos potencian la Rubisco
Algunos organismos han desarrollado una ingeniosa solución alternativa. Muchas especies de algas almacenan la Rubisco en diminutos compartimentos especializados dentro de sus células, llamados pirenoides , que son, en esencia, burbujas microscópicas que concentran el dióxido de carbono alrededor de la enzima, ayudándola a funcionar con mucha mayor eficiencia.
Los científicos llevan mucho tiempo soñando con instalar este sistema de turboalimentación en cultivos alimentarios, que carecen de pirenoides. Sin embargo, la maquinaria de las algas ha demostrado ser extremadamente difícil de transferir.
Los hornworts revelan una nueva estrategia
El avance se produjo al estudiar las antocerotas , las únicas plantas terrestres conocidas que poseen compartimentos concentradores de CO₂ similares a los de las algas. Dado que las antocerotas comparten una historia evolutiva más reciente con los cultivos que las algas, el equipo de investigación planteó la hipótesis de que su maquinaria molecular podría transferirse con mayor facilidad. El hallazgo fue inesperado.
«Asumimos que los antocerontes usarían algo similar a lo que usan las algas: una proteína separada que une la Rubisco», dijo Tanner Robison, estudiante de posgrado que trabaja con Li y coautor principal del artículo. «En cambio, descubrimos que han modificado la propia Rubisco para que realice esta función».
La clave reside en un componente proteico inusual que los investigadores han denominado RbcS-STAR. La Rubisco se compone de fragmentos proteicos grandes y pequeños. En los antocerontes, una versión del fragmento pequeño lleva una cola adicional —la región STAR— que actúa como un velcro molecular, lo que provoca la constelación de las proteínas de la Rubisco.
Probando la proteína STAR en plantas
Para comprobar si STAR podía funcionar fuera de su antocerote nativo, el equipo realizó una serie de experimentos. Primero, introdujeron RbcS-STAR en una especie de antocerote estrechamente relacionada que carece de pirenoides. El resultado: la Rubisco se reorganizó, pasando de una distribución dispersa a estructuras concentradas, similares a los pirenoides.
Luego intentaron el mismo experimento con Arabidopsis, una planta comúnmente utilizada en investigaciones de laboratorio. Nuevamente, la Rubisco formó densos compartimentos dentro de los cloroplastos de la planta.
«Incluso intentamos unir solo la cola STAR a la Rubisco nativa de Arabidopsis, y se produjo el mismo efecto de agrupamiento», afirmó Alistair McCormick, profesor de la Universidad de Edimburgo, quien codirigió la investigación. «Esto nos indica que STAR es realmente el motor. Es una herramienta modular que puede funcionar en diferentes sistemas vegetales».
Lo que podría significar para la agricultura
Esta transferibilidad es lo que hace que el hallazgo sea tan significativo para la agricultura. Sugiere que los investigadores podrían ser capaces de activar la agrupación de Rubisco en cultivos introduciendo un único velcro universal, en lugar de recurrir a la alta costura.
Los investigadores señalan que persisten desafíos. Ahora se necesita una serie de conductos para suministrar CO₂ a Rubisco. «Hemos construido una casa Rubisco, pero no será una casa eficiente a menos que actualicemos el sistema de climatización», afirmó Laura Gunn, profesora adjunta de la Universidad de Cornell, quien codirigió la investigación. El equipo trabaja ahora para abordar este desafío.
Aun así, el descubrimiento marca un avance importante en un campo con un enorme impacto potencial. Una mejora, incluso modesta, en la eficiencia fotosintética podría incrementar el rendimiento de los cultivos y, al mismo tiempo, reducir la huella ambiental de la agricultura, un objetivo crucial a medida que el mundo avanza hacia una producción alimentaria más sostenible.
«Esta investigación demuestra que la naturaleza ya ha probado soluciones de las que podemos aprender», afirmó Li. «Nuestra labor es comprender esas soluciones lo suficientemente bien como para aplicarlas donde más se necesitan: en los cultivos que alimentan al mundo».
Detalles de la publicación
Tanner A. Robison et al., Una subunidad pequeña de la Rubisco no convencional sustenta el orgánulo concentrador de CO2 en plantas terrestres, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aea0150 . www.science.org/doi/10.1126/science.aea0150
