Como potente fuente de proteínas y aceite, la soja es un cultivo mundial vital para alimentos, piensos, aplicaciones industriales y producción de biocombustibles.
por el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth
Por lo tanto, incluso mejoras menores en el contenido de semillas de soja pueden tener implicaciones de gran alcance para la productividad agrícola y las economías globales.
La investigación dirigida por Doug Allen, Ph.D., científico del Servicio de Investigación Agrícola del USDA y miembro del Centro Danforth de Ciencias Vegetales Donald Danforth, descubrió un papel importante que desempeña la enzima málica en la mejora de la producción de aceite de soja . Su trabajo, “La expresión de la enzima málica revela la partición del carbono subcelular para la producción de reservas de almacenamiento en la soja”, se publicó recientemente en la revista New Phytologist .
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Bajo la dirección de Stewart Morley, Ph.D., asociado postdoctoral en el Laboratorio Allen, el equipo de investigación investigó el papel de la enzima málica en la composición de las semillas de soja. La enzima málica es un componente crucial del metabolismo central del carbono, o más bien del conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de las células para convertir la energía en los componentes básicos necesarios para que una célula crezca y funcione correctamente.
La enzima málica proporcionó el conducto entre dos importantes nodos de metabolitos en el metabolismo central y puede afectar la asignación de carbono para impulsar la producción de petróleo. La mejora de la actividad de la enzima málica, el aumento de los niveles de aceite de semilla de soja y la alteración del perfil de ácidos grasos dentro del frijol, hallazgos que podrían ser importantes para el desarrollo de combustibles verdes sostenibles y sustitutos del petróleo.
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“La enzima málica proporciona una solución elegante para aumentar el contenido de aceite”, dijo Morley, ya que su investigación demuestra el potencial de mejorar la producción de aceite en la soja manipulando estratégicamente un solo paso enzimático. El trabajo que examina el papel de la enzima málica en la partición del carbono y el metabolismo central fue una primera prueba en plantas de que alterar este paso podría mejorar los lípidos y se basó en estudios previos de flujo metabólico realizados en el laboratorio.
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La publicación generó un comentario de Jorg Schwender, Ph.D. científico senior del Laboratorio Nacional Brookhaven, quien señaló que su estudio “pone a prueba los conocimientos que han adquirido sobre la entrega de precursores metabólicos y cofactores de energía para la síntesis de petróleo y llega a un diseño de ingeniería metabólica exitoso”.
Este estudio se basó en las instalaciones centrales de última generación del Centro Danforth, incluidas las instalaciones de espectrometría de masas, proteómica y crecimiento vegetal, y el laboratorio de bioimagen avanzada. “La capacidad de producir ciencia rigurosa e impactante proviene del aprovechamiento de la experiencia y la instrumentación disponibles aquí en el Centro”, señaló Allen.
Su trabajo también se benefició de la colaboración cruzada con instituciones como la Universidad de Nebraska-Lincoln y Saint Louis Community College, que brindaron acceso al instrumento qPCR de “gotitas digitales” específico que el equipo utilizó para determinar los niveles de expresión de la enzima málica. “Esta investigación no habría sido posible sin el apoyo y el esfuerzo colaborativo de otros en estas instalaciones e instituciones académicas”, señaló Allen.
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De cara al futuro, Morley planea explorar nuevas vías para mejorar la producción de aceite de soja, como cruzar líneas de soja modificadas con enzimas málicas con otras líneas diseñadas para impulsar la producción de aceite, lo que podría desbloquear mayores ganancias en la producción de lípidos.
Las implicaciones son para un futuro prometedor en el que los cultivos de soja puedan adaptarse para satisfacer las demandas cambiantes del mercado y contribuir a la agricultura sostenible, la seguridad alimentaria y la producción de energía renovable. Además, el impacto de esta investigación puede extenderse potencialmente más allá de la soja al ofrecer información sobre la producción de lípidos en otros cultivos y aprovechar la ingeniería genética para mejorar la calidad de las semillas.
Más información: Stewart A. Morley et al, La expresión de la enzima málica revela la partición del carbono subcelular para la producción de reservas de almacenamiento en soja, New Phytologist (2023). DOI: 10.1111/nph.18835
Jorg Schwender, Recorriendo el ciclo ‘diseño-construcción-prueba-aprendizaje’: el análisis de flujo y la ingeniería genética revelan la flexibilidad del metabolismo central de las plantas, New Phytologist (2023). DOI: 10.1111/nph.18967
