Agricultura Botánica y Genética Europa

El gen de la fotosíntesis puede ayudar a que los cultivos crezcan en condiciones adversas

El gen de la fotosíntesis puede ayudar a que los cultivos crezcan en condiciones adversas
Crédito: Olena Mykhaylova / Shutterstock


Investigadores de la Universidad de Oxford han identificado un gen que ayuda a las plantas a mantenerse sanas en momentos de estrés. Su presencia ayuda a las plantas a tolerar presiones ambientales como la sequía, y podría ayudar a crear cultivos que puedan resistir mejor las condiciones adversas.


por la Universidad de Oxford


Las plantas dependen de estructuras llamadas cloroplastos dentro de sus células para realizar la fotosíntesis, el proceso utilizado para capturar energía de la luz solar al convertir el dióxido de carbono del aire en azúcares. Sin embargo, durante épocas de estrés como la sequía, la misma reacción también puede generar sustancias conocidas como especies reactivas de oxígeno, que son tóxicas para las plantas y hacen que se dañen o incluso mueran.

El desarrollo de los cloroplastos está controlado por la presencia de un gen conocido como SP1, que gobierna el paso de las proteínas involucradas en la fotosíntesis a través de la membrana externa del cloroplasto. El profesor Paul Jarvis, del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de Oxford, sospechaba que el gen podría usar esta capacidad para ayudar a las plantas a sobrevivir en condiciones hostiles.

«Con la población humana creciendo rápidamente, aumentando la presión sobre los recursos naturales y la amenaza del cambio climático, es más esencial que nunca desarrollar cultivos que puedan sobrevivir en condiciones de crecimiento subóptimas», explica el profesor Jarvis. «Queríamos averiguar si el SP1 ayudaba a las plantas a mantenerse saludables al limitar la producción de compuestos tóxicos durante la fotosíntesis en condiciones difíciles».

Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Jarvis ha llevado a cabo experimentos para investigar la idea. El grupo trabajó con tres versiones de una planta de berro conocida como Arabidopsis thaliana: el tipo salvaje de origen natural, una planta mutante que carece de SP1 y una planta de ingeniería que sobreexpresa SP1.

En experimentos separados, los tres tipos de plantas fueron expuestos a diferentes condiciones estresantes: altas concentraciones de sal, sequía y el herbicida paraquat, que estimula la producción de compuestos tóxicos de oxígeno reactivo. En cada caso, las plantas mutantes que carecían de SP1 no se desarrollaron. Mientras tanto, los sobreexpresores de SP1 fueron más tolerantes a las condiciones que las plantas normales. Estos resultados indicaron que SP1 era responsable de la resiliencia.

Luego, los investigadores probaron en las plantas la acumulación de peróxido de hidrógeno, una especie de oxígeno reactivo común que se produce durante la fotosíntesis en condiciones estresantes. El equipo encontró altos niveles de peróxido de hidrógeno en las plantas mutantes, pero bajos niveles en las plantas normales e incluso menos en los sobreexpresores de SP1. «De hecho, los sobreexpresores eran indistinguibles de las plantas de control sanas y sin estrés», explica el profesor Jarvis. «La producción de los compuestos tóxicos se redujo a un nivel de fondo, era como si las plantas no estuvieran experimentando estrés en absoluto, en lugar de luchar por sobrevivir como las demás».

Se llevó a cabo otro conjunto de experimentos para establecer cómo funciona SP1 a nivel molecular. El equipo descubrió que el movimiento de las proteínas utilizadas en la fotosíntesis hacia el cloroplasto se redujo significativamente en los sobreexpresores. Eso demostró que SP1 reduce la producción de compuestos tóxicos al limitar la fotosíntesis en momentos de estrés, lo que hace que las plantas sean menos propensas a sufrir daños graves o fatales.

El descubrimiento de que SP1 ayuda a las plantas a hacer frente a condiciones adversas como la sequía y las altas concentraciones de sal sugiere que debería ser posible crear cultivos que puedan crecer más fácilmente en entornos hostiles. «Todas las plantas tienen el gen SP1», explica el profesor Jarvis. «Ahora solo es cuestión de conseguir que las plantas lo sobreexpresen para que puedan sobrevivir en condiciones adversas».

El equipo ahora está trabajando con trigo, arroz, tomates y brassicas para establecer si sus hallazgos pueden usarse en una variedad más amplia de plantas. «Esperamos que el gen se comporte de la misma manera en cultivos como el trigo que en el berro», explica el profesor Paul Jarvis. «Esperamos que este tipo de tecnología SP1 se utilice para mejorar el rendimiento de los cultivos en todo el mundo».

Un informe de la investigación, titulado ‘La regulación de la importación de proteínas de cloroplasto por la ubiquitina E3 Ligasa SP1 es importante para la tolerancia al estrés en las plantas’ se publica en Current Biology . 


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