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Científicos resuelven un ‘error’ de fotosíntesis crucial, y aumentan el crecimiento de cultivos en un 40%

Este defecto natural en la fotosíntesis fue corregido y ahora la productividad es increíble.

La fotosíntesis es la reacción química que permite a las plantas convertir la luz solar y el dióxido de carbono en alimentos, y este nuevo truco podría generar suficientes calorías para ayudar a alimentar a otros 200 millones de personas en nuestro planeta, con el mismo volumen de cultivos.

A partir de ahora, la solución solo se ha aplicado a las plantas de tabaco, por lo que estamos muy lejos de usar esto para aumentar nuestro suministro de alimentos. Pero es un primer paso increíblemente prometedor.

Entonces, ¿qué es este ‘fallo’ que se necesita arreglar? Es un paso poco conocido en la fotosíntesis conocido como fotorrespiración.

“Podríamos alimentar hasta 200 millones de personas adicionales con las calorías perdidas por la fotorrespiración en el medio oeste de los EE. UU. Cada año”, dice el investigador principal Donald Ort, del Instituto de Biología Genómica Carl R. Woese de la Universidad de Illinois.

“Recuperar incluso una porción de estas calorías en todo el mundo contribuiría en gran medida a satisfacer las demandas de alimentos en rápida expansión del siglo XXI”.

Para comprender qué es lo que no funciona, es necesario comprender un poco sobre el proceso aleatorio de la evolución. En las palabras inmortales del Dr. Ian Malcolm en el clásico parque de ciencia ficción Jurassic Park, “La vida encuentra un camino”. Lo que no dijo es que a veces es un desastre caliente ineficiente.

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Para ser justos, la evolución hace lo que puede bajo las circunstancias. Como un estudiante de posgrado que vigila las vacaciones de verano, hace lo suficiente para aprobar. Algo más es un esfuerzo desperdiciado, después de todo.

Para muchas plantas, incluyendo el arroz y la soja, cuando se trata de la fotosíntesis, es un pase simple. Estamos hablando de una repugnante C-.

Una de las partes más torpes es un paso clave que involucra la enzima ribulosa 1,5 bisfosfato carboxilasa oxigenasa (RuBisCO), que acumula dióxido de carbono en el compuesto ribulosa 1,5 bisfosfato (RuBP).

Aproximadamente el 20 por ciento de las veces, RuBisCO confunde oxígeno con la importante molécula de dióxido de carbono. (Dato curioso: RuBisCO es ampliamente considerada como la proteína más abundante en el planeta)

No solo es una oportunidad desperdiciada, el resultado de esta reacción de falla es el glicolato y el amoníaco, dos compuestos tóxicos que deben tratarse rápidamente antes de que causen demasiado daño.

Afortunadamente, las plantas han desarrollado una forma de deshacerse de este veneno, llamado fotorrespiración. No les importa gastar una parte de su energía en este proceso de reciclaje vital si les ayuda a sobrevivir.

Pero cuando se trata de cultivarlos como fuente de alimento, ciertamente lo hacemos.

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“Le cuesta a la planta una energía y recursos valiosos que podría haber invertido en la fotosíntesis para producir más crecimiento y rendimiento”, dice el autor principal y biólogo molecular Paul South del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU.

El arroz, el trigo y la soja sufren de esta necesidad de eliminar la acumulación tóxica. No solo resultan ser tres de los cuatro cultivos de los que depende la población de nuestro mundo para la mayoría de nuestras calorías, sino que también podemos esperar que su rendimiento disminuya en el futuro gracias al calentamiento global.

“RuBisCO tiene aún más problemas para seleccionar el dióxido de carbono del oxígeno a medida que se calienta, causando más fotorrespiración”, dice la coautora Amanda Cavanagh de la Universidad de Illinois.

Se han realizado numerosos esfuerzos a lo largo de los años para encontrar formas de obligar a las plantas de cultivo a evitar la necesidad de desintoxicación.

Muchos se han involucrado en la búsqueda de los métodos de fotorrespiración más eficientes adoptados por otros organismos, incluidas varias algas y bacterias.

Este último esfuerzo se llama Realización de una mayor eficiencia fotosintética ( RIPE ), y su enfoque fue seleccionar genes de otros lugares y probarlos.

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Un poco provino de la vía de oxidación con glicolato de la bacteria E. coli . Una segunda versión usó un gen para catalasa también de E. coli , y algo para una glicolato oxidasa y malato sintetasa de plantas.

El sujeto número tres utilizó un gen de malato sintasa vegetal y un gen de algas verdes para la glicolato deshidrogenasa.

Estos se utilizaron junto con otros ajustes genéticos para encontrar la ruta más eficiente en energía entre 17 construcciones diferentes.

La tercera vía de fotorrespiración fue la que se destacó del resto en los resultados finales, con una actividad metabólica que aumentó más del 40 por ciento en comparación con los controles. Esta energía ganada se traduce en mayores rendimientos.

Queda por verse si estos mismos aumentos de eficiencia se traducirán a otros cultivos, pero los investigadores están trabajando en ello.

La vida no siempre encuentra el camino. Pero si vamos a llevar la comida a donde se necesita en el futuro, la ciencia tendrá que hacerlo.



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