Las plantas regulan su crecimiento y desarrollo mediante hormonas, incluyendo un grupo llamado estrigolactonas, que previenen la brotación y ramificación excesivas. Por primera vez, científicos dirigidos por la UC Riverside han sintetizado estrigolactonas a partir de microbios. El trabajo se publica en la revista de acceso abierto Science Advances .
Por Holly Ober, Universidad de California – Riverside
Las estrigolactonas también ayudan a las raíces de las plantas a establecer relaciones simbióticas con microorganismos que les permiten absorber nutrientes del suelo. Estos dos factores han despertado el interés agrícola por el uso de estrigolactonas para controlar el crecimiento de malezas y parásitos radiculares, además de mejorar la absorción de nutrientes.
Estos compuestos que extruyen las raíces conllevan riesgos. Además, estimulan la germinación de la hierba bruja y el jopo, lo que puede provocar el fracaso de cosechas enteras de cereales, por lo que es fundamental realizar una investigación exhaustiva antes de su desarrollo comercial. Los científicos aún están aprendiendo sobre las funciones fisiológicas de este diverso grupo de hormonas en las plantas . Hasta hace poco, la fabricación de estrigolactonas puras para estudios científicos era difícil y demasiado costosa para su uso agrícola.
«Nuestro trabajo proporciona una plataforma única para investigar la biosíntesis y la evolución de la estrigolactona , y sienta las bases para el desarrollo de procesos de bioproducción microbiana de estrigolactona como fuente alternativa», afirmó el autor correspondiente Yanran Li, profesor adjunto de ingeniería química y ambiental de la UC Riverside.
Junto con el coautor correspondiente Kang Zhou de la Universidad Nacional de Singapur, Li dirigió un grupo que insertó genes de plantas asociados con la producción de estrigolactona en levadura de panadería común y bacterias Escherichia coli no patógenas que juntas produjeron una variedad de estrigolactonas.
La producción de estrigolactonas a partir de levadura resultó ser un gran desafío. Si bien se sabe que la levadura modificada modifica el precursor de la estrigolactona, llamado carlactona, no pudo sintetizarla con ninguno de los genes específicos utilizados por los investigadores.
Este proyecto comenzó a principios de 2018, pero durante más de 20 meses prácticamente no hubo avances. La enzima de control de acceso DWRF27 no funciona por mucho que lo intentemos en la levadura —dijo Li—. Kang desarrolló una técnica de consorcio microbiano para producir un precursor del taxol en 2015, lo que inspiró esta maravillosa colaboración.
El equipo se centró en la E. coli , que ya había demostrado su capacidad para producir carlactona. Sin embargo, la carlactona que producía era inestable y no podía ser modificada mediante E. coli modificada para obtener estrigolactonas. El grupo de Li logró optimizar y estabilizar el precursor de la carlactona.
Para su deleite, al cultivar la levadura y las bacterias juntas en el mismo medio, la E. coli y la levadura trabajaron en equipo: la E. coli produjo carlactona y la levadura la transformó en diversos productos finales de estrigolactona. El método también produjo suficientes estrigolactonas para extraer y estudiar. Utilizando esta plataforma, el grupo identificó la función de múltiples enzimas biosintéticas de estrigolactona , demostrando que la naranja dulce y la uva tienen el potencial de sintetizar estrigolactonas de tipo orobancol.
El equipo también modificó el metabolismo microbiano para triplicar la producción de estrigolactona, alcanzando los 47 microgramos por litro, suficiente para estudios científicos. Si bien la producción comercial de estrigolactonas aún está lejos, el nuevo método de biosíntesis a partir de un consorcio de levaduras y bacterias ayudará a los científicos a comprender mejor este importante grupo de fitohormonas, especialmente las enzimas implicadas.
Las enzimas son catalizadores proteicos y son responsables de la modificación de la carlactona por la levadura. Debido a su inestabilidad, la carlactona no se puede adquirir comercialmente. Por ello, muchos fitocientíficos tienen dificultades para estudiar nuevas enzimas que puedan transformar la carlactona en estrigolactonas.
«El nuevo cocultivo de levadura y bacteria ofrece a los científicos una forma conveniente de completar estos trabajos, ya que la bacteria produce carlactona in situ», afirmó Zhou. «Con el descubrimiento de más enzimas y la optimización del consorcio microbiano, podremos producir estrigolactonas en grandes cantidades en el futuro».
El artículo se titula «Establecimiento de un consorcio de bacterias y levaduras productoras de estrigolactona «.
Más información: Sheng Wu et al., Establecimiento de un consorcio de bacterias y levaduras productoras de estrigolactona, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abh4048
