Plantas como la soja y el trigo desperdician entre el 20 y el 50 por ciento de su energía reciclando sustancias químicas tóxicas creadas cuando la enzima Rubisco, la enzima más prevalente en el mundo, toma moléculas de oxígeno en lugar de moléculas de dióxido de carbono. Aumento de la producción de un, la proteína de origen natural en las hojas de las plantas podría aumentar los rendimientos de los principales cultivos alimentarios en casi un 50 por ciento, según un nuevo estudio dirigido por científicos de la Universidad de Essex publicado hoy en Revista de biotecnología vegetal .
Este trabajo es parte del proyecto de investigación internacional Realizing Increased Photosynthetic Efficiency RIPE que cuenta con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Investigación Agrícola y Alimentaria y el Departamento de Desarrollo Internacional del Reino Unido.
En este estudio, el equipo diseñó un cultivo modelo para sobreexpresar una proteína nativa que está involucrada en el proceso de reciclaje llamado fotorrespiración. Durante dos años de pruebas de campo, encontraron que aumentar la proteína H en las hojas de las plantas aumenta la producción 27al 47 por ciento. Sin embargo, el aumento de esta proteína en toda la planta frena el crecimiento y el metabolismo, lo que da como resultado plantas de cuatro semanas que son la mitad del tamaño de sus contrapartes inalteradas.
"Los científicos de plantas han usado tradicionalmente promotores que expresan proteínas en altos niveles en toda la planta, y hay muchos ejemplos en los que esto ha funcionado realmente bien", dijo la autora principal Patricia López-Calcagno, investigadora principal de Essex. "Peropara la proteína H, demostramos que más no siempre es mejor, demostrando que cuando traducimos este método a otras plantas de cultivo, necesitaremos ajustar los cambios en la proteína a los niveles correctos en los tejidos correctos ".
Estudios anteriores aumentaron los niveles de proteína H en Arabidopsis, una pequeña planta modelo utilizada en experimentos de laboratorio. Esta es la primera vez que la proteína H se ha evaluado en un cultivo en condiciones de crecimiento del mundo real. El equipo utilizó tabaco, ampliamenteconsiderada la rata de laboratorio de la biología vegetal porque es fácil de diseñar genéticamente y se puede cultivar y probar rápidamente en pruebas de campo al aire libre. Una vez que se ha demostrado que una modificación es efectiva en el tabaco, el mismo enfoque se puede aplicar a los cultivos alimentarios que se necesitanpara alimentar a nuestra creciente población.
"La realidad es que a medida que las temperaturas de la temporada de crecimiento continúen aumentando, el impacto en el rendimiento causado por la fotorrespiración también aumentará", dijo el coautor Paul South, investigador postdoctoral del USDA-ARS en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómicaen la Universidad de Illinois. "Si podemos trasladar este descubrimiento a cultivos alimentarios, podemos equipar a los agricultores con plantas resistentes capaces de producir más alimentos a pesar del aumento del estrés por temperatura".
A continuación, el equipo planea aumentar los niveles de esta proteína natural en la soja, el caupí guisantes de ojos negros y la yuca, un cultivo de raíces tropicales que es un alimento básico para más de mil millones de personas en todo el mundo. Su objetivoes aumentar los rendimientos y las oportunidades para los agricultores de todo el mundo, en particular los pequeños agricultores del África subsahariana y el sudeste asiático.
Para aumentar aún más los rendimientos, el equipo planea combinar este rasgo con otros desarrollados por el proyecto RIPE, incluido un método informado en ciencia que impulsó la producción en un 20 por ciento al ayudar a las plantas a adaptarse más rápidamente a los niveles de luz fluctuantes.
"Las mejoras obtenidas con el rasgo individual descrito aquí, nos acerca un paso más a satisfacer las inminentes demandas de alimentos de 2050. Además, al combinar este rasgo con otros rasgos exitosos en RIPE, podemos obtener las ganancias de rendimiento necesarias para alimentar este", dijo la investigadora principal Christine Raines, profesora de fisiología molecular vegetal en Essex." Estamos comprometidos a desarrollar estas tecnologías sostenibles lo más rápido posible y garantizar que los agricultores y las comunidades que más las necesitan tengan acceso global ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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