Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Científicos descubren nueva ‘arquitectura’ en maíz


Una nueva investigación sobre la planta agrícola más importante de los Estados Unidos, el maíz, ha revelado una estructura interna de la planta diferente a la que se pensaba, lo que puede ayudar a optimizar la forma en que el maíz se convierte en etanol.


Universidad Estatal de Louisiana

«Nuestra economía se basa en el etanol, por lo que es fascinante que no hayamos tenido una comprensión más completa y precisa de la estructura molecular del maíz hasta ahora», dijo el profesor Tuo Wang, asistente del Departamento de Química de LSU, quien dirigió este estudio que será publicado. el 21 de enero en Nature Communications . 

«Actualmente, casi toda la gasolina contiene aproximadamente un 10 por ciento de etanol. Un tercio de toda la producción de maíz en los EE. UU., Que es de aproximadamente 5 mil millones de bushels al año, se utiliza para la producción de etanol. Incluso si finalmente podemos mejorar la eficiencia de producción de etanol en 1 o 2 Por ciento, podría proporcionar un beneficio significativo a la sociedad «.

Wang y sus colegas son los primeros en investigar un tallo de planta de maíz intacto a nivel atómico utilizando técnicas de alta resolución. El equipo de LSU incluye al investigador postdoctoral Xue Kang y dos estudiantes graduados, Malitha Dickwella Widanage de Colombo, Sri Lanka, y Alex Kirui de Nakuru, Kenia.

Anteriormente se pensaba que la celulosa, un hidrato de carbono complejo, espeso y rígido, que actúa como un andamio en el maíz y otras plantas , se conecta directamente a un polímero impermeable llamado lignina . Sin embargo, Wang y sus colegas descubrieron que la lignina tiene un contacto limitado con la celulosa dentro de una planta. En cambio, el complejo de hidratos de carbono, llamado xylan, conecta la celulosa y la lignina como pegamento.

También se pensó previamente que las moléculas de celulosa, lignina y xilano se mezclan, pero los científicos descubrieron que cada una tiene dominios separados y que estos dominios realizan funciones separadas.

«Me sorprendió. Nuestros hallazgos en realidad van en contra del libro de texto», dijo Wang.

Científicos descubren nueva 'arquitectura' en maíz
Anteriormente se pensaba que la celulosa, un hidrato de carbono complejo, espeso y rígido, que actúa como un andamio en el maíz y otras plantas, se conecta directamente a un polímero impermeable llamado lignina. 

La lignina con sus propiedades impermeables es un componente estructural clave en las plantas. La lignina también representa un desafío para la producción de etanol porque evita que el azúcar se convierta en etanol dentro de una planta. Se ha realizado una importante investigación sobre cómo descomponer la estructura de la planta o criar plantas más digeribles para producir etanol u otros biocombustibles. Sin embargo, esta investigación se ha realizado sin el cuadro completo de la estructura molecular de las plantas.

«Es posible que una gran cantidad de trabajo en los métodos de producción de etanol necesite una mayor optimización, pero abre las puertas a nuevas oportunidades para mejorar la forma en que procesamos este valioso producto», dijo Wang.

Esto significa que se puede diseñar una mejor enzima o sustancia química para descomponer más eficientemente el núcleo de la biomasa de una planta. Estos nuevos enfoques también se pueden aplicar a las biomasas en otras plantas y organismos.

Además del maíz , Wang y sus colegas analizaron otras tres especies de plantas: arroz, hierba de césped que también se usa para la producción de biocombustibles y la especie de planta modelo Arabidopsis, que es una planta floreciente relacionada con el repollo. Los científicos descubrieron que la estructura molecular entre las cuatro plantas es similar.

Descubrieron esto mediante el uso de un instrumento de espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido en LSU y en el Laboratorio Nacional de Campos Magnéticos Superiores de la National Science Foundation en Tallahassee, Florida. Estudios anteriores que utilizaron microscopios o análisis químicos no han mostrado la estructura a nivel atómico del nativo , arquitectura de células vegetales intactas. Wang y sus colegas son los primeros en medir directamente la estructura molecular de estas plantas intactas.

Ahora están analizando la madera de eucalipto, álamo y abeto, lo que podría ayudar a mejorar la producción de papel y las industrias de desarrollo de materiales también.

Más información: Xue Kang et al, Interacciones de lignina-polisacárido en paredes celulares secundarias de plantas reveladas por RMN en estado sólido, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038 / s41467-018-08252-0 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: Louisiana State University


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