Los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han identificado un conjunto común de genes que permiten que diferentes plantas resistentes a la sequía sobrevivan en condiciones semiáridas, lo que podría desempeñar un papel importante en la bioingeniería y la creación de cultivos energéticos que sean tolerantes adéficit de agua.
Las plantas prosperan en las tierras secas al mantener sus estomas o poros cerrados durante el día para conservar el agua y abiertos por la noche para recoger dióxido de carbono. Esta forma de fotosíntesis, conocida como metabolismo del ácido crasuláceo o CAM, ha evolucionado durante millones de años,construcción de características de ahorro de agua en plantas como Kalanchoë , orquídea y piña
"CAM es un mecanismo comprobado para aumentar la eficiencia del uso del agua en las plantas", dijo el coautor de ORNL, Xiaohan Yang. "Al revelar los componentes básicos que componen la fotosíntesis de CAM, podremos bioingeniería de los procesos metabólicos de agua pesadacultivos como el arroz, el trigo, la soja y el álamo para acelerar su adaptación a entornos con agua limitada ".
Los científicos están estudiando una variedad de plantas resistentes a la sequía para descubrir el misterio de la fotosíntesis CAM. Para este trabajo, el equipo dirigido por ORNL secuencia el genoma de Kalanchoë fedtschenkoi , un modelo emergente para la investigación genómica CAM debido a su genoma relativamente pequeño y su susceptibilidad a la modificación genética.
El equipo investigó y comparó los genomas de K. Fedtschenkoi , Phalaenopsis equestris orquídea y Ananas comosus piña usando la supercomputadora Titan de ORNL.
"Es ampliamente aceptado que algunas plantas no relacionadas exhiben características similares en condiciones ambientales similares, un proceso conocido como evolución convergente", dijo Yang.
Identificaron 60 genes que exhibían una evolución convergente en las especies CAM, incluidos los cambios convergentes diurnos y nocturnos en la expresión de genes en 54 genes, así como la convergencia de la secuencia de proteínas en seis genes. En particular, el equipo descubrió una nueva variante de fosfoenolpiruvato carboxilasa, oPEPC: la PEPC es una importante enzima "trabajadora" responsable de la fijación nocturna del dióxido de carbono en ácido málico. El ácido málico se convierte de nuevo en dióxido de carbono para la fotosíntesis durante el día.
"Estos cambios convergentes en la expresión génica y las secuencias de proteínas podrían introducirse en plantas que dependen de la fotosíntesis tradicional, acelerando su evolución para ser más eficientes en el uso del agua", dijo Yang. El equipo publicó sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .
uso inteligente del agua
La producción de cultivos es el mayor consumidor mundial de agua dulce. La disponibilidad de recursos de agua limpia se está reduciendo debido a la urbanización, el crecimiento de la población humana y los cambios climáticos, lo que representa un desafío para los entornos óptimos de cultivo.
Para abordar esta preocupación, diseñar la fotosíntesis CAM en cultivos alimentarios y energéticos podría reducir el uso agrícola del agua y aumentar la capacidad de recuperación de los cultivos cuando el suministro de agua es menos que deseable.
"Estudiar el genoma de las plantas eficientes en agua también puede proporcionar información sobre la capacidad de una planta para usar agua ligeramente salina y mantener el crecimiento a temperaturas más altas y una menor disponibilidad de agua limpia", dijo Jerry Tuskan, coautor y director ejecutivo del Centro paraInnovación en bioenergía dirigida por ORNL: "Si podemos identificar los mecanismos para la eficiencia del uso del agua, podríamos trasladar este rasgo a las plantas agronómicas, suministrar agua no potable como riego a esas plantas y guardar el agua limpia para beber".
El estudio titulado, "El Kalanchoë el genoma proporciona información sobre la evolución convergente y los componentes básicos del metabolismo del ácido crasuláceo ", incluyeron los coautores de ORNL Xiaohan Yang, Rongbin Hu, Hengfu Yin, Degao Liu, Deborah Weighill, Robert Moseley, Sara Jawdy, Zhihao Zhang, Meng Xie, Paul Abraham,Ritesh Mewalal, Kaitlin Palla, Henrique Cestari De Paoli, Anne Borland, Jin-Gui Chen, Wellington Muchero, Daniel Jacobson, Timothy Tschaplinski, Robert Hettich y Jerry Tuskan.
El estudio también incluyó colaboradores de la Universidad de Tennessee, HudsonAlpha Institute for Biotechnology, el DOE Joint Genome Institute, Fujian Agriculture and Forestry University, University of Nevada, University of Georgia, Northern Illinois University, University of Liverpool, University of Oxford, Universityde Illinois en Urbana-Champaign, Pacific Biosciences, Inc., Michigan State University, Newcastle University e Smithsonian Tropical Research Institute.
La investigación fue financiada por la Oficina de Ciencia del DOE Programa de Investigación Biológica y Ambiental, Ciencia Genómica y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio de ORNL. El trabajo también utilizó recursos del Compute and Data Environment for Science en ORNL, una infraestructura totalmente integradaque ofrece computación escalable, soporte de software y servicios de almacenamiento en la nube de alto rendimiento y la Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge, que es una Instalación de Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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