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Iluminando el mecanismo detrás de cómo las plantas regulan la síntesis de almidón

Iluminando el mecanismo detrás de cómo las plantas regulan la síntesis de almidón
Figura 1: CRCT formando un complejo con la proteína 14-3-3 en el núcleo. Crédito: Universidad de Kobe

Por primera vez en el mundo, un grupo de investigación de la Universidad de Kobe dirigido por el profesor asociado FUKAYAMA Hiroshi de la Escuela de Graduados en Ciencias Agrícolas ha utilizado arroz para iluminar con éxito el mecanismo por el cual las plantas regulan la cantidad de almidón producido a través de la fotosíntesis. 


por la Universidad de Kobe


Este conocimiento podría contribuir a mejorar la calidad y el rendimiento de los cultivos agrícolas. Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista científica internacional Plant, Cell & Environment el 14 de mayo de 2021.

Antecedentes de la investigación

El aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera es la principal causa del calentamiento global, que es un problema mundial. Sin embargo, se ha dicho que esto podría beneficiar a las plantas, ya que convierten el CO 2 en almidón a través de la fotosíntesis. Si un cultivo se cultiva en condiciones en las que hay una concentración elevada de CO 2 , la síntesis de almidón se acelera, lo que da como resultado un crecimiento vigoroso y un mayor rendimiento. La proteína CCT que responde al CO 2 (CRCT) se activa en condiciones en las que el CO 2La concentración es alta, sin embargo, se desconoce su función. Este grupo de investigación ha estado investigando estas proteínas utilizando plantas de arroz y previamente descubrió que la CRCT es una proteína importante que regula la síntesis de almidón. En sus últimos hallazgos, el grupo ha revelado cómo la CRCT regula este proceso, que no se entendía hasta ahora.

Metodología de investigación y hallazgos

Se requieren varias proteínas para la síntesis de almidón en las plantas, incluido el translocador de glucosa 6-fosfato / fosfato, ADP-glucosa pirofosforilasa, almidón sintasa y enzima ramificadora de almidón. Los investigadores plantearon la hipótesis de que CRCT regula la expresión de múltiples genes correspondientes a estas proteínas relacionadas con la síntesis de almidón. Proteínas que regulan la expresión génica se denominan factores de transcripción. En muchos casos, estos factores de transcripción forman un complejo con otra proteína. Cuando los investigadores analizaron el volumen de CRCT dentro de una planta, descubrieron que puede formar un complejo con algunos tipos de proteínas. Para investigar esto más a fondo, realizaron un análisis utilizando un anticuerpo que se une específicamente a CRCT, lo que reveló que CRCT se une a proteínas 14-3-3. A partir de otro análisis, esta vez utilizando proteínas fluorescentes verdes, el grupo de investigación iluminó que CRCT y la proteína 14-3-3 forman un complejo dentro del núcleo (Figura 1). También indicaron la posibilidad de que CRCT se mueva y se active en las células del parénquima que almacenan almidón después de ser sintetizado en los haces vasculares del floema. Además,

Se sabe que existe una correlación negativa entre la expresión de proteínas 14-3-3 y la cantidad de almidón. Sin embargo, nuestros resultados mostraron que existe una correlación positiva entre la cantidad de almidón y la expresión de CRCT. En consecuencia, el grupo de investigación asume que la proteína 14-3-3 y la CRCT forman un complejo inactivo (Figura 2).

Iluminando el mecanismo detrás de cómo las plantas regulan la síntesis de almidón
Figura 2: Mecanismo hipotético mediado por CRCT para la regulación de la síntesis de almidón. CRCT se une con la proteína 14-3-3 en el núcleo para formar un complejo inactivo. Luego, la CRCT es regulada por los azúcares que se produjeron mediante la fotosíntesis. Se cree que las proteínas CRCT que no se unen a las proteínas 14-3-3 se unen a los sitios de regulación de los genes relacionados con la síntesis de almidón (como AGPL1) y promueven la transcripción. Crédito: Universidad de Kobe

Nuevos desarrollos

La síntesis de almidón es indispensable para las plantas , y CRCT, que regula este proceso, es un objetivo principal para los esfuerzos por mejorar la calidad y la productividad de los cultivos. Además, CRCT es un gen que se activa en condiciones en las que hay una concentración elevada de CO 2 , y este conocimiento será útil para seleccionar cultivares de arroz adecuados para dichos entornos en el futuro. Además, se han encontrado genes similares a CRCT en todas las plantas investigadas hasta ahora. El grupo de investigación también está investigando actualmente la función CRCT en la papa, un cultivo básico de almidón.

Desde un punto de vista académico, aún quedan preguntas por responder. Al observar los resultados de la investigación actual, se puede suponer que las proteínas CRCT se mueven entre las células, pero se desconoce el mecanismo subyacente. Además, no se comprende cómo CRCT cambia su propio nivel de expresión en respuesta a las concentraciones de CO 2 y los niveles de azúcar. Si el mecanismo detrás de la regulación de la síntesis de almidón mediada por CRCT puede ser completamente iluminado, será posible realizar mejoras aún mayores en los cultivos agrícolas.



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