El botánico Dario Leister y su equipo investigan cómo las cianobacterias se adaptan a los cambios rápidos en la intensidad de la luz.
Por Ludwig Maximilian, Universidad de Múnich
S174G oe y cepas LT bajo tres condiciones de luz diferentes. Crédito: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-72689-x
Esto podría ayudar a optimizar la fotosíntesis en los cultivos. La fotosíntesis es uno de los procesos más complejos de la naturaleza. Sin embargo, las plantas utilizan solo una fracción del espectro de luz disponible y son muy sensibles a factores de estrés ambiental como los cambios en la intensidad de la luz, el calor y la sequía. A medida que el cambio climático intensifica estos factores de estrés, salvaguardar la productividad de los cultivos se convierte en un desafío cada vez más urgente.
Explorando cianobacterias bajo luz cambiante
Para comprender mejor el proceso de la fotosíntesis y, al mismo tiempo, identificar puntos de partida para mejorarlo, investigadores liderados por el biólogo de la LMU, Dario Leister, estudian organismos modelo como la cianobacteria Synechocystis .
En un estudio publicado en Nature Communications , los científicos sometieron a Synechocystis a estrés al exponerla a fluctuaciones en la intensidad de la luz.
«Este tipo de condiciones, en las que se alternan intensidades de luz altas y bajas a intervalos que van desde uno hasta varios minutos, interrumpen el proceso de fotosíntesis y dañan los fotosistemas», explica Leister, catedrático de Biología Molecular Vegetal en la Facultad de Biología de Martinsried.
Para descubrir cómo las algas verdeazuladas pueden adaptarse a estas condiciones de luz desfavorables, el equipo recreó un proceso evolutivo acelerado en el laboratorio.
Mutaciones que aumentan la resistencia a la luz
Con el tiempo, este método produjo cepas de Synechocystis capaces de tolerar fluctuaciones de luz que normalmente serían letales. El análisis genético de estas cepas adaptadas reveló mutaciones que influyen en la actividad y la cantidad relativa de biomoléculas vitales para la fotosíntesis.
Entre ellos se incluyen los complejos de proteína-pigmento del fotosistema I y II, y los complejos antena de captación de luz. Estas adaptaciones evolutivas aumentaron la resistencia de Synechocystis a las variaciones extremas de intensidad lumínica.
Implicaciones para la fotosíntesis de los cultivos
Las plantas que crecen en campos agrícolas se enfrentan a desafíos similares. Las condiciones de luz exterior cambian constantemente debido a la nubosidad, las sombras y las fluctuaciones climáticas, lo que obliga a los cultivos a ajustar continuamente su maquinaria fotosintética.
«La fotosíntesis funciona de manera más eficiente con una intensidad lumínica relativamente baja, mientras que la luz excesiva reduce la eficiencia. Cuando los niveles de luz cambian demasiado rápido, los mecanismos reguladores no pueden responder con la suficiente rapidez, lo que reduce la eficiencia y, por lo tanto, también reduce el rendimiento», explica Leister.
Los hallazgos sobre Synechocystis podrían proporcionar nuevas estrategias para mejorar la capacidad de los cultivos para hacer frente a las fluctuaciones en las condiciones de luz.
Desde experimentos con algas hasta aplicaciones de campo.
«El siguiente paso es transferir el método que utilizamos en nuestro estudio actual a las algas eucariotas, ya que están evolutivamente más cerca de las plantas cultivadas». El biólogo espera que esto le permita avanzar gradualmente desde organismos unicelulares relativamente simples hacia aplicaciones en cultivos.
El estudio forma parte del proyecto PhotoRedesign: Rediseñando las reacciones lumínicas fotosintéticas. En este proyecto de investigación, científicos de la LMU exploran nuevos enfoques para mejorar la fotosíntesis de las plantas, utilizando organismos unicelulares como Synechocystis como organismos modelo debido a sus cortos ciclos de vida y la facilidad con la que pueden ser manipulados genéticamente.
En definitiva, el objetivo es producir cultivos que puedan utilizar un rango más amplio de longitudes de onda de luz. «Para lograrlo, es importante que las plantas optimizadas sean también más resistentes y tengan mayor capacidad para gestionar la energía lumínica adicional absorbida», afirma Leister.
Rutas de edición genética hacia cultivos más resistentes
El estudio actual ofrece nuevos puntos de partida potenciales para intervenir en el complejo aparato fotosintético de los cultivos. «Nuestras subcepas mejoradas de Synechocystis contienen mutaciones puntuales que también pueden transferirse a organismos relacionados mediante edición genética. Con los avances legislativos actuales en la UE, es posible que dichas modificaciones ya no se clasifiquen como transgénicas en el futuro», afirma Leister.
«Además, esta estrategia se asemeja más a los procesos evolutivos naturales que los enfoques basados en la sobreexpresión de genes individuales, un método que suelen utilizar otros investigadores.»
Detalles de la publicación
Theo Figueroa-Gonzalez et al., Mejora de la tolerancia a la luz fluctuante mediante evolución adaptativa en laboratorio en la cianobacteria Synechocystis, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-72689-x
