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Las superpotencias de las algas podrían proporcionar un gran impulso a la seguridad alimentaria

Las superpotencias de las algas podrían proporcionar un gran impulso a la seguridad alimentaria
Imagen de microscopía SIM del protopirenoide dentro de un cloroplasto de planta (Arabidopsis) Crédito: Alistair McCormick

Los rendimientos de cultivos alimentarios vitales como el arroz, el trigo y la soja podrían mejorarse equipando las plantas con proteínas de algas para mejorar su crecimiento.


por la Universidad de Edimburgo, Universidad de Edimburgo


El enfoque podría aumentar el rendimiento de los cultivos hasta en un 60% y hacerlos más resistentes a los impactos del cambio climático.

Esto ayudará a los esfuerzos para alimentar a la creciente población del planeta al permitir la producción de más alimentos de la misma cantidad de tierra y ayudar a que los cultivos prosperen en condiciones deficientes, incluida la sequía.

La técnica mejora la fotosíntesis, el complejo proceso que utilizan las plantas para convertir la luz solar y el dióxido de carbono (CO 2 ) en energía para impulsar su crecimiento.

Los investigadores de la Universidad de Edimburgo buscaron mejorar el crecimiento de las plantas mediante el uso de un enfoque de manipulación genética para mejorar la eficiencia de la fotosíntesis.

En las plantas, la enzima clave involucrada en la fotosíntesis, conocida como Rubisco, es ineficiente.

Investigaciones anteriores han demostrado que Rubisco generalmente opera a solo la mitad de su potencial para capturar y convertir el CO 2 que alimenta el crecimiento de las plantas.

Para abordar esto, el equipo se inspiró en las algas, diminutas potencias fotosintéticas unicelulares que viven en océanos y otras masas de agua donde el CO 2 es escaso.

Las algas mejoran la eficiencia de la fotosíntesis mediante el uso de un mecanismo de concentración de CO 2 especializado asociado con sus cloroplastos, los centros de fotosíntesis que se encuentran dentro de todas las células vegetales y de algas.

Las algas han desarrollado una estructura fotosintética líquida especial, conocida como pirenoide, que inunda las enzimas Rubisco en el cloroplasto con un suministro concentrado de CO 2 .

El equipo recreó esta estructura similar a un pirenoide dentro de los cloroplastos de las plantas modificando sutilmente la enzima Rubisco en las plantas para que se comportara más como una alga Rubisco.

Luego agregaron una proteína, conocida como EPYC1, que es una parte vital del mecanismo de concentración de CO 2 de las algas y actúa como un pegamento molecular que une múltiples enzimas de Rubisco en el pirenoide.

El avance marca un gran paso adelante en la mejora de la eficiencia de la fotosíntesis, utilizando una estrategia que se prevé que impulsará significativamente el crecimiento de las plantas.

Esfuerzos similares para impulsar la fotosíntesis en el pasado han requerido cambios sustanciales en Rubisco, que es una enzima difícil y compleja de diseñar en plantas.

Los resultados en la especie de planta modelo Arabidopsis revelaron que las estructuras similares a los pirenoides podrían integrarse con éxito dentro de los cloroplastos sin obstaculizar el crecimiento de la planta.

El enfoque también podría hacer que los cultivos sean más tolerantes al cambio climático y reducir el uso de fertilizantes, ya que reduce la pérdida de agua de las hojas y permite que las plantas usen fertilizantes de manera más eficiente.

El siguiente paso será introducir un mecanismo de bombeo de CO 2 para alimentar el pirenoide que contiene Rubisco con un suministro concentrado de CO 2 .

El estudio, publicado en Nature Communications , fue financiado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas de Investigación e Innovación del Reino Unido y Leverhulme Trust.

La investigación se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

«El pirenoide es un fascinante compartimento similar a un líquido que ayuda a que la fotosíntesis en las algas sea muy eficiente. Este año ha traído varios avances interesantes en nuestra comprensión de cómo se ensamblan los pirenoides y nuestra capacidad para construirlos en las plantas, lo que podría conducir a aumentos significativos en el CO 2 captura y crecimiento en cultivos «.

Dr. Alistair McCormick, profesor de Fisiología Molecular Vegetal y Biología Sintética, Universidad de Edimburgo.


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