A lo largo de la temporada de crecimiento, las nubes aparentemente benignas pasan sobre millones de acres de cultivos, causando fluctuaciones rápidas en la intensidad de la luz y robando inadvertidamente a estas plantas de su productividad; esto nos cuesta innumerables faenas de rendimiento potencial. En un estudio reciente, los investigadores utilizaron untécnica de cribado rápido que modifica genéticamente las plantas, en tiempo real, para investigar cómo ayudar a las plantas a desarrollar todo su potencial.
La fotosíntesis es el proceso en el que las plantas convierten la energía de la luz y el dióxido de carbono en alimento y combustible. A pleno sol, las plantas reciben más energía de la que pueden usar. La energía adicional podría generar moléculas dañinas, pero en cambio, las plantas absorben esta energía comocalor para protegerse. Cuando una nube pasa por encima, las plantas tardan en recuperarse de este proceso de protección, llamado enfriamiento no fotoquímico, o NPQ.
"Puede tomar de minutos a horas para que la planta se recupere completamente y comience la fotosíntesis nuevamente a su máxima capacidad", dijo el autor principal Krishna Niyogi, profesor de la Universidad de California, Berkeley. "Estamos tratando de descubrir cómo acelerarhasta la recuperación de la planta de NPQ, que según los modelos podría aumentar los rendimientos en un 10 a 15 por ciento "
Niyogi y sus coautores están buscando mecanismos en los que las plantas y las algas evolucionaron naturalmente para recuperarse más rápido de NPQ. Este trabajo fue publicado en Diario de la planta y forma parte de Realizing Increase Photosynthetic Efficiency, un proyecto de investigación multiinstitucional financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates y dirigido por la Universidad de Illinois en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica.
"El método desarrollado aquí acelerará en gran medida la búsqueda de medios para mejorar la eficiencia fotosintética en condiciones de luz variable", dijo el autor principal Steve Long, profesor de biología vegetal y ciencias de cultivos de Illinois.
Antes de implementar esta técnica, podían secuenciar rápidamente el ADN de estos organismos, pero carecían de las herramientas biológicas para descubrir rápidamente los genes responsables de los rasgos deseables. Habrían tenido que pasar semanas o meses creando construcciones genéticas, insertándolas en las plantas, cultivando las plantas y asegurando que el gen se haya expresado.
Ahora, en cuestión de días, estos investigadores pueden comparar múltiples genes uno al lado del otro en la misma hoja utilizando la expresión transitoria, una técnica temporal para evaluar la función del gen utilizada ampliamente por los patólogos de plantas. Con la expresión transitoria, el gen se expresadurante unos días y luego se prueba el efecto en la hoja.
Los investigadores intercambian los genes de una bacteria que, en la naturaleza, produce crecimientos tumorales en las raíces de las plantas con flores con los genes que podrían acelerar la recuperación de NPQ.
NPQ es increíblemente complejo. Al menos cuatro mecanismos diferentes, con diferentes tasas de recuperación, conforman colectivamente NPQ. El mecanismo más rápido está mediado por un tira y afloja entre dos enzimas.
En este estudio, los investigadores evaluaron cómo la sobreexpresión de estas enzimas afectaba al NPQ. También evaluaron tres proteínas relacionadas de forma distante de un alga unicelular, un musgo y una pequeña planta con flores que se cree que activan el mecanismo más rápido; descubrieron queLa proteína del musgo tuvo la activación más rápida y la mayor capacidad de recuperación de NPQ.
Finalmente, confirmaron la función de los genes de dos especies de algas oceánicas, que son organismos modelo emergentes. Uno de estos genes permitió a la planta producir un pigmento que se ha demostrado que mejora la transferencia de energía.
En última instancia, esta técnica acelera el proceso de investigación. Ahora los investigadores pueden usar esta técnica para identificar rápidamente los genes necesarios para aumentar los rendimientos de los cultivos de alimentos básicos. A través del "acceso global", prometido por la Fundación Bill y Melinda Gates, el resultadoEste trabajo puede algún día beneficiar a los pequeños agricultores, especialmente a aquellos que trabajan para mantener a sus comunidades en el África subsahariana y el sudeste asiático.
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Materiales proporcionados por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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