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Cómo las algas podrían salvar a las plantas de sí mismas


Las algas pueden ser la clave para alimentar a la creciente población mundial. No te preocupes nadie te hará comerlos. Pero debido a que son más eficientes que la mayoría de las plantas para absorber dióxido de carbono del aire, las algas podrían transformar la agricultura.


por Carnegie Institution for Science


Si su eficiencia pudiera transferirse a los cultivos, podríamos cultivar más alimentos en menos tiempo usando menos agua y menos fertilizante nitrogenado.

El nuevo trabajo de un equipo dirigido por Martin Jonikas de Carnegie publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences revela una proteína que es necesaria para que las algas verdes logren una eficiencia tan notable. El descubrimiento de esta proteína es un primer paso importante para aprovechar el poder de las algas verdes para la agricultura.

Todo comienza con la enzima más abundante del mundo, Rubisco.

Rubisco «fija» (o convierte) el dióxido de carbono atmosférico en azúcares a base de carbono, como glucosa y sacarosa, en todos los organismos fotosintéticos del planeta. Esta reacción es fundamental para la vida en la Tierra tal como la conocemos, porque casi todo el carbono que forma los organismos vivos fue en algún momento «fijado» de la atmósfera por esta enzima. La velocidad de esta reacción limita la velocidad de crecimiento de muchos de nuestros cultivos, y muchos científicos piensan que acelerar esta reacción aumentaría los rendimientos de los cultivos .

Lo curioso de Rubisco es que se desarrolló por primera vez en bacterias hace unos 3 mil millones de años, una época en la que la atmósfera de la Tierra tenía dióxido de carbono más abundante en comparación con la actualidad. A medida que las bacterias fotosintéticas se hicieron cada vez más pobladas en la Tierra antigua, cambiaron la composición de nuestra atmósfera.

«Rubisco funcionó de manera muy eficiente en el ambiente rico en dióxido de carbono de la antigua Tierra», dijo Jonikas. «Pero eventualmente absorbió la mayor parte del CO2 de la atmósfera, hasta el punto en que el CO2 es un gas traza hoy».

Rubisco es literalmente una víctima de su propio éxito. El CO2 constituye solo alrededor del 0.04 por ciento de las moléculas en la atmósfera actual. En esta baja concentración de CO2, Rubisco trabaja extremadamente lento, lo que limita las tasas de crecimiento de muchos cultivos.

Resulta que las algas han evolucionado una forma de hacer que Rubisco corra más rápido. Se llama pirenoide. Piense en ello como un turbocompresor para la fijación de carbono.

El pirenoide es un pequeño compartimento dentro de la celda que está lleno de Rubisco y está rodeado por una capa de almidón. Bajo un microscopio, un pirenoide se ve como una burbuja esférica dentro de la célula. Su trabajo es concentrar dióxido de carbono alrededor de Rubisco para que Rubisco pueda correr más rápido.

Un pirenoide proporciona una ventaja de crecimiento tan tremenda que casi todas las algas en los océanos tienen una. Se cree que cerca de un tercio de la fijación de carbono del planeta ocurre en los pirenoides, pero no sabemos casi nada acerca de cómo se forman estas estructuras a nivel molecular. Tal comprensión molecular es necesaria antes de que los investigadores puedan intentar diseñar pirenoides en cultivos, lo que se espera que mejore los rendimientos de los cultivos hasta en un 60 por ciento.

El equipo de investigación se centró en un misterio fundamental de décadas: ¿qué causa que Rubisco se agrupe en el núcleo del pirenoide?

Jonikas y su equipo descubrieron que en su modelo de alga Chlamydomonas, esta agrupación de Rubisco está mediada por una proteína que llamaron EPYC1 para el componente pirenoide esencial 1. Descubrieron que EPYC1 se unía a Rubisco y lo empaquetaba en la matriz de proteínas que forma el interior del pirenoide. . Además, las proteínas similares a EPYC1 se encuentran en la mayoría de las algas que contienen pirenoides, y no se encuentran en las algas que carecen de estas estructuras.

«Se necesita mucho trabajo adicional para comprender completamente EPYC1 y pirenoides, pero nuestros hallazgos son un primer paso hacia la ingeniería de la eficiencia de captura de carbono de algas en los cultivos», dijo Jonikas.


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