Agricultura Botánica y Genética Europa

Nueva ruta bioquímica que puede desarrollar variedades de cultivos más resistentes


Investigadores del Departamento de Ciencias de las Plantas de la Universidad de Oxford, han descubierto una nueva vía bioquímica en las plantas que han denominado CHLORAD.


Universidad de Oxford.

Al manipular la vía CHLORAD, los científicos pueden modificar la forma en que las plantas responden a su entorno. Por ejemplo, se puede mejorar la capacidad de la planta para tolerar tensiones como la alta salinidad.

Los investigadores esperan que sus resultados, publicados en Science , abran el camino a nuevas estrategias de mejoramiento de cultivos, que serán vitales cuando enfrentemos la perspectiva de brindar seguridad alimentaria a una población que se proyecta que alcance cerca de 10 mil millones para 2050.

La vía CHLORAD ayuda a regular las estructuras dentro de las células vegetales llamadas cloroplastos. Los cloroplastos son los orgánulos que definen las plantas. Junto con muchas otras funciones metabólicas, de desarrollo y de señalización, los cloroplastos son responsables de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual se aprovecha la energía de la luz solar para impulsar las actividades celulares de la vida.

En consecuencia, los cloroplastos son esenciales, no solo para las plantas sino también para los innumerables ecosistemas que dependen de las plantas y para la agricultura.

Los cloroplastos están compuestos por miles de proteínas diferentes, la mayoría de las cuales se producen en otros lugares de la célula y son importadas por el orgánulo. Todas estas proteínas deben regularse con mucho cuidado para garantizar que el orgánulo siga funcionando correctamente. La vía CHLORAD funciona al eliminar y eliminar las proteínas cloroplastas dañadas o innecesarias ; de ahí el nombre CHLORAD, que significa «degradación de proteínas asociada al cloroplasto».

El profesor Paul Jarvis, investigador principal, dijo: «Dos décadas después de la identificación de la maquinaria de importación de proteínas de cloroplasto, que proporciona nuevas proteínas a los cloroplastos, nuestro descubrimiento de la vía CHLORAD revela por primera vez cómo se eliminan proteínas individuales no deseadas de los cloroplastos .

El investigador, el Dr. Qihua Ling, dijo: ‘Nuestros estudios anteriores demostraron que las proteínas en las membranas de cloroplastos se digieren mediante un sistema de degradación de proteínas fuera de los cloroplastos. Entonces, la pregunta clave fue: ¿Cómo se extraen las proteínas del cloroplasto de la membrana para permitir que esto suceda? Nuestro descubrimiento del sistema CHLORAD responde a esta pregunta e identificamos dos proteínas novedosas que actúan en el proceso «.

El co-investigador, el Dr. William Broad, agregó: ‘Los cloroplastos son orgánulos eucarióticos que se originaron hace más de mil millones de años a partir de bacterias fotosintéticas, mediante un proceso llamado endosimbiosis. Cabe destacar que el sistema CHLORAD contiene una mezcla de componentes de origen eucariótico y de origen bacteriano. Esto proporciona un ejemplo fascinante de cómo las células hospedadoras eucariotas han evolucionado gradualmente, cooptando herramientas disponibles de formas novedosas, para controlar sus orgánulos endosimbióticos.

Peter Burlinson, líder de Frontier Bioscience en el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas, dijo: «El descubrimiento de esta vía bioquímica es un buen ejemplo de cómo los conocimientos de la investigación fundamental en biología vegetal pueden revelar nuevas estrategias potenciales para desarrollar cultivos más productivos y resistentes. . Esto ayuda a ilustrar el valor de la ciencia básica para contribuir a abordar los desafíos globales clave, incluida la creciente población mundial , las tensiones ambientales y la mayor demanda para garantizar la seguridad alimentaria «.

Para el año 2050, el nivel actual de producción de alimentos debe aumentar al menos en un 70% para satisfacer las demandas de una creciente población mundial y cambiar las preferencias alimentarias hacia más productos animales, mientras que el 38% de la tierra del mundo y el 70% del agua dulce son Ya se utiliza para la agricultura. El estrés abiótico, incluida la sequía, las temperaturas altas y bajas, la salinidad del suelo, las deficiencias de nutrientes y los metales tóxicos, son la principal causa de pérdida de rendimiento, disminuyendo la productividad de los cultivos en un 50-80% según el cultivo y la ubicación geográfica.

Por lo tanto, el desarrollo de cultivos resistentes al estrés que puedan tener rendimientos estables en condiciones de estrés es una estrategia importante para garantizar la seguridad alimentaria futura. Esta necesidad es particularmente urgente considerando la mayor frecuencia de condiciones climáticas extremas que acompañan el cambio climático global , que causa estrés ambiental más severo, brotes más frecuentes de enfermedades en las plantas y menor rendimiento y calidad de la cosecha.

Oxford University Innovation (OUI), el brazo de comercialización de la investigación de la Universidad, está administrando la tecnología.

Más información: «Degradación de proteínas asociadas a cloroplastos dependientes de ubiquitina en plantas» Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.aav4467 

Referencia del diario: Ciencia  

Proporcionado por: Universidad de Oxford


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