La modificación de la fotosíntesis ha sido cada vez más un objetivo de investigación para mejorar el rendimiento de los cultivos para alimentar a una población mundial en crecimiento frente al cambio climático y otros factores ambientales.
por Amanda Nguyen, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
En un estudio reciente, publicado en el Journal of Experimental Botany , un equipo de la Universidad Nacional de Australia (ANU) investigó los efectos de aumentar la cantidad de canales de dióxido de carbono en las membranas de las plantas, pero no pudo detectar ningún impacto en la fotosíntesis en plantas modelo de tabaco. .
La fotosíntesis se basa en el suministro de dióxido de carbono (CO 2 ) a los cloroplastos dentro de las células de las hojas, donde la enzima Rubisco lo fija en azúcares. Para llegar al cloroplasto, el CO 2 debe difundirse en la hoja ya través de las células del mesófilo de la hoja, atravesando barreras como las paredes celulares y las membranas. El aumento de la difusión de CO 2 a través de las células mesófilas hacia el cloroplasto (lo que se denomina conductancia mesófila) mejorará la fotosíntesis, lo que aumentará los rendimientos de los cultivos y, al mismo tiempo, mejorará la eficiencia en el uso del agua.
“Nuestra investigación se centró en las membranas de las células de las hojas ; queríamos saber si podíamos hacer que la transferencia de CO 2 fuera más eficiente agregando canales adicionales para la difusión de CO 2 en las membranas celulares”, dijo la investigadora de RIPE, la Dra. Tory Clarke, quien realizó este estudio en ANU. .
Para apuntar a la transferencia de CO 2 a través de las membranas de las células vegetales, el equipo de la ANU aumentó la cantidad de proteínas de acuaporina en las membranas plasmáticas de las plantas de tabaco de prueba.
El autor principal, el Dr. Michael Groszmann, explicó que “las acuaporinas son canales de membrana que pueden facilitar el movimiento de moléculas como el agua y los gases a través de las membranas. Nuestra investigación confirma que los canales se localizan en la membrana plasmática de las células de las hojas”.
Estudios previos han establecido que en los sistemas de prueba, un subconjunto de las acuaporinas vegetales, las proteínas intrínsecas de la membrana plasmática (PIP) tienen capacidades de transferencia de CO 2 , pero ha habido informes contradictorios sobre su papel en la conductancia del mesófilo en la planta. “En este estudio, pudimos introducir más canales de acuaporina PIP en la membrana celular del mesófilo, pero sorprendentemente esto no aumentó de manera detectable la conductancia del CO 2 a través de la célula del mesófilo, sin efecto sobre las tasas fotosintéticas tampoco”, dijo Clarke.
“El crecimiento de las plantas y las condiciones ambientales pueden desempeñar un papel importante en la capacidad de las acuaporinas para alterar la conductancia del mesófilo”, dijo Susanne von Caemmerer, profesora de Fisiología Molecular de Plantas en la Escuela de Investigación de Biología de la ANU, quien dirigió este estudio junto con Groszmann. “Nuestro estudio también usó modelos informáticos para predecir cómo los cambios en la permeabilidad del CO 2 de la membrana afectarían la conductancia general del mesófilo. Descubrimos que para mejorar la conductancia general del mesófilo en un 20 %, la cantidad de CO 2 que tendría que cruzar la membrana de la célula vegetal tendría que duplicar”.
Si bien en este estudio no se logró mejorar la fotosíntesis, esta investigación proporciona una mayor comprensión del movimiento del CO 2 desde la atmósfera hasta el cloroplasto.
“Tomando lo que hemos aprendido en este estudio, ahora podemos enfocar nuestro trabajo en obtener una mejor comprensión de la función de la acuaporina y cómo podemos mejorar la conductancia y la fotosíntesis del mesófilo”, dijo Groszmann.
