Agricultura Botánica y Genética Ciencia e Investigación Estados Unidos

La bacteria E. coli ofrece un camino para mejorar la fotosíntesis


Los científicos de la Universidad de Cornell han diseñado una enzima vegetal clave y la han introducido en la bacteria Escherichia coli para crear un entorno experimental óptimo para estudiar cómo acelerar la fotosíntesis, un santo grial para mejorar el rendimiento de los cultivos.


por la Universidad de Cornell


El método se describe en un artículo, «Pequeñas subunidades pueden determinar la cinética enzimática del tabaco Rubisco expresado en Escherichia coli», publicado en la revista Nature Plants .

Los científicos han sabido que los rendimientos de los cultivos aumentarían si pudieran acelerar el proceso de fotosíntesis , donde las plantas convierten el dióxido de carbono (CO 2 ), el agua y la luz en oxígeno y, finalmente, en sacarosa, un azúcar que se utiliza para generar energía y construir nuevos tejidos vegetales.

Los investigadores se han centrado en Rubisco, una enzima lenta que extrae (o fija) el carbono del dióxido de carbono para crear sacarosa. Junto con el CO 2 , Rubisco a veces cataliza una reacción con el oxígeno del aire y, cuando lo hace, crea un subproducto tóxico y desperdicia energía, lo que hace que la fotosíntesis sea ineficaz.

«Le gustaría que Rubisco no interactúe con el oxígeno y que también funcione más rápido», dijo Maureen Hanson, profesora de biología molecular vegetal en Cornell.

En un esfuerzo por lograrlo, los investigadores tomaron Rubisco de las plantas de tabaco y lo transformaron en E. coli . El tabaco sirve como planta modelo común en la investigación. «Ahora podemos hacer mutaciones para tratar de mejorar la enzima y luego probarla en E. coli «, dijo Hanson.

La ventaja es que, dado que las bacterias se reproducen con tanta rapidez, los investigadores pueden probar una Rubisco alterada en E. coli y obtener resultados al día siguiente. «Si se introduce una nueva Rubisco en una planta, hay que esperar unos meses» para obtener resultados, dijo.

El trabajo inicial de otro grupo que modificó el tabaco Rubisco en E. coli condujo a una expresión muy débil de la enzima. En las plantas, Rubisco se compone de ocho subunidades grandes y ocho pequeñas. Un solo gen codifica cada subunidad grande, pero muchos genes codifican cada subunidad pequeña. El complejo proceso de ensamblaje de la enzima y la presencia de múltiples versiones de la enzima en las plantas ha hecho que sea muy difícil experimentar con Rubisco.

Dirigidos por Myat Lin, un investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Hanson y primer autor del artículo, los investigadores pudieron desglosar el proceso y expresar un solo tipo de subunidad grande y un solo tipo de subunidad pequeña juntos en E. coli , para comprender las propiedades de la enzima. Al hacer esto, lograron una expresión de la enzima en E. coli que coincidía con la que se encontraba en las plantas.

También descubrieron que una subunidad de Rubisco que se encuentra en los tricomas (pequeños pelos en las hojas de las plantas) funcionaba más rápido que cualquiera de las subunidades que se encuentran en las células de las hojas.

«Ahora tenemos la capacidad de diseñar nuevas versiones de la planta Rubisco en E. coli y averiguar si las propiedades de una enzima son mejores», dijo Hanson. «Entonces, podemos tomar la enzima mejorada y ponerla en una planta de cultivo».


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