Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California, Davis, ha descubierto un eslabón perdido en la evolución de la fotosíntesis y la fijación de carbono. Con más de 2.400 millones de años, una forma recién descubierta de la enzima vegetal rubisco podría dar una nueva perspectivaen la evolución y reproducción de las plantas.
Rubisco es la enzima más abundante en el planeta. Presente en plantas, cianobacterias también conocidas como algas verdiazules y otros organismos fotosintéticos, es fundamental para el proceso de fijación de carbono y es una de las enzimas fijadoras de carbono más antiguas de la Tierra.
"Es el impulsor principal para producir alimentos, por lo que puede tomar CO2 de la atmósfera y fijarlo en azúcar para que lo utilicen las plantas y otros organismos fotosintéticos. Es la enzima impulsora principal para alimentar la vida con carbono de esa manera", dijo Doug Banda, becario postdoctoral en el laboratorio de Patrick Shih, profesor asistente de biología vegetal en la Facultad de Ciencias Biológicas de UC Davis.
La forma I rubisco evolucionó hace más de 2.400 millones de años antes del Gran Evento de Oxigenación, cuando las cianobacterias transformaron la atmósfera de la Tierra al producir oxígeno a través de la fotosíntesis. Los vínculos de Rubisco con este evento antiguo lo hacen importante para los científicos que estudian la evolución de la vida.
en un estudio que aparece el 31 de agosto en Plantas naturales , Banda e investigadores de UC Davis, UC Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley informan del descubrimiento de un pariente previamente desconocido de la forma I rubisco, uno que sospechan que divergió de la forma I rubisco antes de la evolución de las cianobacterias.
La nueva versión, denominada forma I-prime rubisco, se encontró a través de la secuenciación del genoma de muestras ambientales y se sintetizó en el laboratorio. La forma I-prime rubisco brinda a los investigadores nuevos conocimientos sobre la evolución estructural de la forma I rubisco, lo que podría proporcionar pistas sobrecómo esta enzima cambió el planeta.
Un mundo invisible
La forma I de rubisco es responsable de la gran mayoría de la fijación de carbono en la Tierra. Pero existen otras formas de rubisco en las bacterias y en el grupo de microorganismos llamados Archaea. Estas variantes de rubisco vienen en diferentes formas y tamaños, e incluso carecen de pequeñas subunidades.Sin embargo, todavía funcionan.
"Algo intrínseco para comprender cómo evolucionó la forma I rubisco es saber cómo evolucionó la subunidad pequeña", dijo Shih. "Es la única forma de rubisco, que conocemos, que hace este tipo de ensamblaje octamérico de subunidades grandes".
La coautora del estudio, la profesora Jill Banfield, del departamento de ciencias terrestres y planetarias de UC Berkeley, descubrió la nueva variante de rubisco después de realizar análisis metagenómicos en muestras de agua subterránea. Los análisis metagenómicos permiten a los investigadores examinar genes y secuencias genéticas del medio ambiente sin cultivar microorganismos.
"No sabemos casi nada sobre el tipo de vida microbiana que existe en el mundo que nos rodea, por lo que la gran mayoría de la diversidad ha sido invisible", dijo Banfield. "Las secuencias que entregamos al laboratorio de Patrick en realidad provienen de organismos que fueronno representado en ninguna base de datos. "
Banda y Shih expresaron con éxito la forma I-prime rubisco en el laboratorio usando E. coli y estudió su estructura molecular.
La forma I rubisco se construye a partir de ocho subunidades moleculares grandes centrales con ocho subunidades pequeñas ubicadas en la parte superior e inferior. Cada pieza de la estructura es importante para la fotosíntesis y la fijación de carbono. Al igual que la forma I rubisco, la forma I-prime rubisco sesubunidades grandes. Sin embargo, no posee las subunidades pequeñas que antes se consideraban esenciales.
"El descubrimiento de un rubisco octamérico que se forma sin subunidades pequeñas nos permite hacernos preguntas evolutivas sobre cómo se habría visto la vida sin la funcionalidad impartida por las subunidades pequeñas", dijo Banda. Específicamente, encontramos que la forma I-primelas enzimas tuvieron que desarrollar interacciones fortalecidas en ausencia de pequeñas subunidades, lo que permitió la estabilidad estructural en un momento en que la atmósfera de la Tierra estaba cambiando rápidamente ".
Según los investigadores, la forma I-prime rubisco representa un eslabón perdido en la historia evolutiva. Dado que la forma I rubisco convierte el carbono inorgánico en biomasa vegetal, una mayor investigación sobre su estructura y funcionalidad podría conducir a innovaciones en la producción agrícola.
"Aunque existe un interés significativo en diseñar un rubisco 'mejor', ha habido poco éxito durante décadas de investigación", dijo Shih. Por lo tanto, comprender cómo ha evolucionado la enzima durante miles de millones de años puede proporcionar información clave sobre la ingeniería futuraesfuerzos, que en última instancia podrían mejorar la productividad fotosintética en los cultivos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Original escrito por Greg Watry. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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