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Las algas verde-azules prometen aumentar los rendimientos de los cultivos alimentarios


Los científicos de ANU han diseñado pequeños motores de captura de carbono de algas azul-verdes en las plantas, en un avance que promete ayudar a aumentar los rendimientos de importantes cultivos alimenticios como el trigo, caupí y yuca.


Will Wright, Universidad Nacional de Australia


El investigador principal, el Dr. Ben Long, de ANU, dijo que el descubrimiento fue un gran avance para mejorar la forma en que los cultivos convierten el dióxido de carbono , el agua y la luz solar en energía, un proceso llamado fotosíntesis, que es una de las principales limitaciones del rendimiento de los cultivos.

«Por primera vez, hemos insertado pequeños compartimentos de cianobacterias, comúnmente conocidas como algas verde-azules, en plantas de cultivo que forman parte de un sistema que podría llevar a un aumento del 60 por ciento en el crecimiento y rendimiento de las plantas», dijo el Dr. Ben Long, de la Escuela de Biología de Investigación de la ANU, cuyo trabajo ha sido financiado por el consorcio internacional Realizing Incremented Photosintetic Efficiency (RIPE).

Estos compartimentos, llamados carboxisomas, son responsables de hacer que las cianobacterias sean tan eficientes para transformar el dióxido de carbono en azúcares ricos en energía.

«Hasta ahora, la inserción de un carboxisoma en una planta había estado en el ámbito de la ciencia ficción y nos ha llevado más de cinco años llegar a este punto», dijo el Dr. Long.

«Estamos tratando de insertar un motor turbo cargado de captura de carbono en las plantas, imitando una solución que las cianobacterias, los ancestros de los cloroplastos de las plantas modernas, los compartimentos verdes donde las plantas hacen su propia comida, encontraron hace millones de años».

Rubisco, la enzima responsable de la fijación del dióxido de carbono de la atmósfera, es lenta y le resulta difícil diferenciar entre el dióxido de carbono y el oxígeno, lo que lleva a una pérdida de energía innecesaria.

«A diferencia de las plantas de cultivo , las cianobacterias usan lo que se llama un ‘ mecanismo de concentración de CO 2 ‘ para enviar grandes cantidades de gas a sus carboxisomas, donde su Rubisco está encapsulado», dijo el Dr. Long.

«Este mecanismo aumenta la velocidad en que el CO 2 se puede convertir en azúcar y minimiza las reacciones con el oxígeno».

La enzima de Rubisco dentro de las cianobacterias puede capturar dióxido de carbono y generar azúcares aproximadamente tres veces más rápido que el Rubisco que se encuentra en las plantas.

Los modelos informáticos han demostrado que la mejora de la fotosíntesis de las plantas para utilizar este mecanismo conducirá a un aumento dramático en el crecimiento y rendimiento de las plantas .

«Todavía tenemos mucho trabajo por hacer, pero lograrlo en las plantas de tabaco fue un paso absolutamente esencial que nos ha demostrado que podemos esperar ver cultivos con mecanismos funcionales de concentración de CO 2 en el futuro, que produzcan un mayor rendimiento», dijo el Dr. Long. dijo.

El investigador adjunto, el profesor Dean Price, de la Facultad de Biología de Investigación de ANU, dijo que el descubrimiento ofrecía una estrategia prometedora a largo plazo para mejorar los rendimientos de los cultivos mundiales y la resiliencia ambiental.

«Necesitamos todos los esfuerzos creativos para mejorar los rendimientos de los cultivos si queremos poder alimentar a la creciente población mundial y estas opciones llevan tiempo, por lo que necesitamos hacerlo ahora», dijo la profesora Price, investigadora principal del consorcio RIPE. y el Centro de Excelencia para la Fotosíntesis Traslacional del Consejo de Investigación Australiano (ARC).

El Director de RIPE, Stephen Long, Catedrático de Ciencias de Cultivos y Biología de Plantas de la Universidad de Illinois de Ikenberry, dio la bienvenida al descubrimiento.

«Cuando apoyamos esta investigación, comenzando hace cinco años, sabíamos que este era un riesgo muy alto, pero seguimos adelante dadas las grandes recompensas a las que podría llegar», dijo.

«Nunca esperamos ver carboxisomas en el cloroplasto del cultivo en esta etapa, tal vez solo pedazos.

«Entonces, al ensamblar carboxisomas indistinguibles de los de las cianobacterias es un logro espectacular, y nos pone bien en el camino para poder alcanzar el sistema completo».

Esta investigación se publica en Nature Communications .


Más información: Benedict M. Long et al. Encapsulación de carboxisoma de la enzima fijadora de CO 2 Rubisco en cloroplastos de tabaco, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-06044-0Información de la revista: Nature CommunicationsProporcionado por la Universidad Nacional de Australia


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