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Equipar plantas de cultivo para el cambio climático

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Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

Los biólogos de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU en Munich) han mejorado significativamente la tolerancia de las algas verdeazuladas a altos niveles de luz, con la ayuda de la evolución artificial en el laboratorio. 


por la Universidad Ludwig Maximilian de Munich


La luz solar, el aire y el agua son todo lo que las cianobacterias (más comúnmente conocidas como algas verdiazules), las verdaderas algas y las plantas necesitan para la producción de compuestos orgánicos (es decir, a base de carbono) y oxígeno molecular mediante la fotosíntesis. La fotosíntesis es la principal fuente de componentes básicos para los organismos de la Tierra. Sin embargo, demasiada luz solar reduce la eficiencia de la fotosíntesis porque daña los ‘paneles solares’, es decir, las maquinarias fotosintéticas de cianobacterias, algas y plantas. Un equipo de investigadores dirigido por el biólogo de LMU, Dario Leister, ha utilizado ahora la «evolución de laboratorio artificial» para identificar mutaciones que permiten que las cianobacterias unicelulares toleren altos niveles de luz .

Las cianobacterias utilizadas en el estudio se derivaron de una cepa de células que se utilizaron para crecer a niveles bajos de luz. «Para permitirles emerger de las sombras, por así decirlo, expusimos estas células a intensidades de luz sucesivamente más altas», dice Leister. En un proceso evolutivo basado en la mutación y la selección, las células se adaptaron a la alteración progresiva de las condiciones de iluminación, y debido a que cada célula se divide cada pocas horas, el proceso de adaptación avanzó a un ritmo mucho mayor de lo que hubiera sido posible con las plantas verdes. Para ayudar en el proceso, los investigadores aumentaron la tasa de mutación natural al tratar las células con sustancias químicas mutagénicas e irradiarlas con luz ultravioleta. Al final del experimento, las algas verdeazuladas supervivientes fueron capaces de tolerar intensidades de luz superiores a los niveles máximos que pueden ocurrir en la Tierra en condiciones naturales.

Para sorpresa del equipo, la mayoría de las más de 100 mutaciones que podrían estar relacionadas con una mayor tolerancia a la luz brillante dieron como resultado cambios localizados en las estructuras de proteínas individuales. «En otras palabras, las mutaciones involucradas afectan principalmente las propiedades de proteínas específicas en lugar de alterar los mecanismos reguladores que determinan la cantidad de proteína que se produce», explica Leister. Como control, el equipo luego introdujo los genes de dos de las proteínas alteradas, que afectan la fotosíntesis de diferentes maneras, en cepas no adaptadas. Y en cada caso, encontraron que el cambio permitió que las células alteradas toleraran intensidades de luz más altas que la cepa progenitora.

Mejorar la tolerancia de las plantas de cultivo a intensidades de luz más altas o fluctuantes proporciona potencialmente un medio para aumentar la productividad, y es de particular interés en el contexto del cambio climático global en curso. «La aplicación de técnicas de ingeniería genética al fitomejoramiento se ha concentrado hasta ahora en el cambio cuantitativo, en hacer más o menos una proteína específica», dice Leister. «Nuestra estrategia hace posible el cambio cualitativo, lo que nos permite identificar nuevas variantes de proteínas con funciones novedosas. En la medida en que estas variantes conserven su función en organismos multicelulares, debería ser posible introducirlas en las plantas «.



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