Un equipo de científicos ha identificado un gen en los álamos que mejora la fotosíntesis y puede aumentar la altura de los árboles.
por Ananya Sen y Stephanie Seay, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
El estudio, «An orphan gene BOOSTER enhances photosynthetic efficient and plant productivity», se publicó en Developmental Cell y fue una colaboración entre el Centro de Innovación en Bioenergía y Bioproductos Avanzados de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y el Centro de Innovación en Bioenergía del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Los cloroplastos son las principales estructuras celulares que albergan el aparato fotosintético que convierte la energía luminosa en energía química que alimenta el crecimiento de las plantas. En concreto, la proteína Rubisco captura el dióxido de carbono de la atmósfera. Los científicos llevan años trabajando en formas de aumentar la cantidad de Rubisco en las plantas para lograr un mayor rendimiento de los cultivos y una mayor absorción del CO 2 atmosférico .
«Históricamente, muchos estudios se han centrado en la fotosíntesis en estado estacionario, en la que todas las condiciones se mantienen constantes. Sin embargo, esto no es representativo del entorno de campo en el que la luz puede variar todo el tiempo», dijo Steven Burgess, profesor adjunto de biología integrativa en Illinois. «En los últimos años, estos procesos dinámicos se han considerado más importantes y no se comprenden bien».
En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en el álamo, ya que es un cultivo de rápido crecimiento y un candidato principal para la fabricación de biocombustibles y bioproductos. Tomaron muestras de unos 1.000 árboles en parcelas de investigación al aire libre y analizaron sus características físicas y su composición genética para realizar un estudio de asociación de todo el genoma . El equipo utilizó la población de GWAS para buscar genes candidatos que se habían vinculado a la extinción fotosintética, un proceso que regula la rapidez con la que las plantas se adaptan entre el sol y la sombra y disipan el exceso de energía del exceso de sol para evitar daños.
Uno de los genes, que los investigadores llamaron BOOSTER, era inusual porque es exclusivo del álamo y, aunque está en el genoma nuclear, contiene una secuencia que se originó en el cloroplasto.
El equipo descubrió que este gen era capaz de aumentar el contenido de Rubisco y la consiguiente actividad fotosintética, lo que daba como resultado plantas polares más altas cuando se cultivaban en condiciones de invernadero. En condiciones de campo, los científicos descubrieron que los genotipos con mayor expresión de BOOSTER eran hasta un 37% más altos, lo que aumentaba la biomasa por planta.
El equipo también insertó BOOSTER en una planta diferente, Arabidopsis, lo que dio como resultado un aumento en la biomasa y la producción de semillas. Este hallazgo indica la aplicabilidad más amplia de BOOSTER para potencialmente generar mayores rendimientos en otras plantas.
«Es un primer paso emocionante, aunque se trata de experimentos a pequeña escala y hay mucho trabajo por hacer, si podemos reproducir los resultados a gran escala, este gen tiene el potencial de aumentar la producción de biomasa en los cultivos», dijo Burgess.
Los próximos pasos de la investigación podrían incluir pruebas en otras plantas de bioenergía y alimentos , en las que los investigadores registrarían la productividad de las plantas en distintas condiciones de crecimiento para analizar el éxito a largo plazo. También investigarán otros genes que se identificaron en el estudio GWAS que podrían contribuir a la mejora de los cultivos.
Más información: Un gen huérfano BOOSTER mejora la eficiencia fotosintética y la productividad de las plantas, Developmental Cell (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.11.002 . www.cell.com/developmental-cel … 1534-5807(24)00667-1
