La luz solar voluble ralentiza la enzima Rubisco y limita la productividad fotosintética de los cultivos


Investigadores de la Universidad de Lancaster que trabajan para mejorar la productividad sostenible de cultivos clave en el África subsahariana han descubierto una imperfección en una enzima crítica dentro del caupí, y creen que esta imperfección probablemente se comparte con otros cultivos.


por la Universidad de Lancaster


Todo el carbono en nuestros cuerpos, en los alimentos y en toda la biosfera, resulta de la asimilación del dióxido de carbono en la fotosíntesis por una sola enzima, conocida por los biólogos como Rubisco. No en vano, dada su importancia, esta proteína es la más abundante del mundo.

“Rubisco juega un papel central en la fotosíntesis y con frecuencia limita la asimilación de carbono en las plantas de cultivo “, dijo Elizabete Carmo-Silva, profesora de fisiología de cultivos en la Universidad de Lancaster. “Las hojas ajustan la actividad de Rubisco a la abundancia de energía solar. Sin embargo, descubrimos que este ajuste es imperfecto y, con frecuencia, hay una falta de coincidencia entre la actividad de Rubisco y la cantidad de energía solar disponible para la fotosíntesis”.

El caupí se cultiva en toda África debido a su alto contenido de proteína, pero es particularmente importante en África Occidental, donde es la fuente más importante de proteína vegetal. En un nuevo estudio, publicado en Nature Plants , la profesora Carmo-Silva y el investigador asociado principal de la Universidad de Lancaster, el Dr. Sam Taylor, descubrieron que a medida que las hojas de caupí van a la sombra, la actividad de la enzima Rubisco cae más rápidamente de lo que se pensaba anteriormente.

Esto es importante porque todos los días, mientras el sol recorre el cielo sobre los cultivos en los campos de los agricultores, las hojas arrojan a sus vecinos de la luz del sol a la sombra y viceversa. Cuando una hoja sombreada regresa al sol, la actividad de Rubisco tarda varios minutos en adaptarse a la nueva abundancia de energía solar, lo que da como resultado oportunidades perdidas para convertir esa energía en azúcares. Al sumar el efecto de esos minutos perdidos de productividad a lo largo de un día, se ha estimado que cuesta al menos el 20 por ciento de la absorción potencial de dióxido de carbono.

“Las respuestas fotosintéticas no son inmediatas. Las hojas tardan bastantes minutos en adaptarse cuando pasan de la sombra a la luz alta, y durante esos minutos la hoja no está asimilando tanto CO₂ como tiene la energía de la luz, por lo que hay una pérdida sustancial, “, dijo la profesora Carmo-Silva, quien dirige esta investigación para el proyecto Realización de una mayor eficiencia fotosintética (RIPE). “Nos propusimos identificar las diferencias entre las variedades de caupí que afectan la velocidad de activación, para tratar de identificar cuáles son más rápidas”.

Este proyecto es parte de Realizar una mayor eficiencia fotosintética (RIPE, por sus siglas en inglés), un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan de manera más eficiente la energía del sol en alimentos, con el apoyo de la Oficina de Asuntos Exteriores, Commonwealth y Desarrollo del Reino Unido. la Fundación para la Investigación de Alimentos y Agricultura, y la Fundación Bill y Melinda Gates

La cantidad de carbono perdido durante el proceso de Rubisco depende no solo de la velocidad con la que se puede reactivar Rubisco, sino también del punto de partida: la actividad de Rubisco en el momento en que regresa la luz solar. Este factor está determinado por la velocidad de desactivación natural de Rubisco que ocurre en la sombra. Una desactivación más rápida significa un mayor impacto en la asimilación de carbono en los cultivos de los agricultores.

Los investigadores utilizaron un método bioquímico de alto rendimiento para demostrar que las hojas de caupí solo necesitan estar a la sombra durante tan solo cinco minutos para que la actividad de Rubisco llegue al fondo, por lo que incluso una breve sombra de las hojas reducirá la productividad fotosintética de la planta.

“No tenemos exactamente claro cuál es el mecanismo del sol a la sombra que reduce la activación de Rubisco, pero hemos encontrado que el proceso es bastante rápido”, dijo el Dr. Taylor. “Si fuera un proceso lento, podría regresar al sol varios minutos después de la sombra y no habría una gran pérdida, pero, en realidad, solo necesita estar a la sombra durante minutos para la mayor parte de esa caída en la actividad haber sucedido”.

A pesar de estos desafíos, hay razones para ser optimistas. Solo se midieron cuatro tipos diferentes de caupí de las miles de variantes que existen, pero los investigadores encontraron diferencias en la velocidad a la que Rubisco se desactivó. Esto mantiene la esperanza de que dentro del acervo genético más amplio del caupí, se puedan encontrar plantas con tasas mucho más lentas de desactivación de Rubisco. Eso permitiría el mejoramiento específico para el caupí, y quizás otros cultivos, mejorando la productividad al minimizar el impacto de esta imperfección recientemente identificada en la función Rubisco.