La modificación genética mejora la eficiencia fotosintética
Tobacco fieldWIKIMEDIA, ANRO0002Acelerar la respuesta de una planta a las fluctuaciones en la intensidad de la luz puede mejorar su rendimiento fotosintético, según un artículo publicado hoy (17 de noviembre) en Science. Los autores, que modificaron genéticamente las plantas de tabaco para que reaccionaran más rápidamente a los cambios repentinos entre la luz y la sombra, informan una mejora de aproximadamente el 15 % en las plantas modificadas’ productividad.
“El documento es un gran avance. Es la primera instancia donde se ha podido demostrar que, al mejorar la eficiencia de la fotosíntesis, se incrementa el rendimiento en condiciones de campo”. dijo la científica de plantas Christine Foyer de la Universidad de Leeds, Reino Unido «Yo diría que es un cambio de juego».
Las Naciones Unidas’ La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación ha pronosticado que para 2050 el mundo necesitará producir un 70 % más de alimentos que en la actualidad. Además de mejorar el almacenamiento, el transporte y la conservación de los alimentos para minimizar las pérdidas, aumentar…
El problema es que ha habido casi una meseta en muchos cultivos en términos de aumentos de rendimiento utilizando las tecnologías de mejoramiento actuales, dijo Vestíbulo. Estaba claro que teníamos que utilizar un nuevo enfoque.
La fotosíntesis, la conversión de la energía solar en biomasa, es uno de los procesos biológicos más antiguos de la Tierra, y podría decirse que es el más importante, dijo Long. De hecho, crea el oxígeno del planeta, así como la comida. Debido a que la evolución ha estado dando forma a la fotosíntesis durante tanto tiempo, ha habido mucho escepticismo en cuanto a si [modificarla] puede hacer algo por los cultivos, dijo Long.
Pero si realmente entras y profundizas en En el proceso de fotosíntesis, se ven muchos lugares donde el sistema no es tan eficiente como podría ser, dijo Robert Blankenship, investigador de fotosíntesis en la Universidad de Washington en St. Louis. Después de todo, agregó, la evolución no hace que las cosas sean perfectas, solo las hace lo suficientemente buenas para sobrevivir.
Un ejemplo de esa eficiencia menos que perfecta es un proceso llamado extinción no fotoquímica (NPQ), un mecanismo que protege a las plantas de los efectos dañinos de la luz demasiado intensa. Específicamente, NPQ disipa el exceso de energía de excitación de la luz en forma de calor para evitar la sobreexcitación y la destrucción de estructuras sensibles a la luz que contienen clorofila y que son críticas para la fotosíntesis. Pero, cuando la intensidad de la luz cae, explicó Long (cuando una nube cubre el sol, o cuando una hoja da sombra a otra, por ejemplo), NPQ tarda en apagarse. Esto significa que la energía de excitación continúa siendo desviada incluso cuando no está en exceso. El modelado por computadora ha demostrado que este retraso podría reducir la absorción potencial de carbono de una planta entre un ocho y un 40 por ciento, dijo Long.
Long y sus colegas planearon aumentar la velocidad con la que NPQ se enciende y apaga. Para ello, sobreexpresaron en plantas de tabaco los tres genes principales que controlan el NPQ: dos que codifican las enzimas violaxantina de-epoxidasa y zeaxantina epoxidasa, y uno que codifica la proteína subunidad PsbSa del complejo de antena del fotosistema II.
El equipo usó tabaco porque es un cultivo técnicamente aceptable, dijo Long, y explicó que los cultivos alimentarios como el arroz, la soya y la yuca serían los objetivos finales.
Uso de mediciones en tiempo real de la velocidad de respuesta de NPQ (por análisis de fluorescencia de clorofila) y de la absorción de dióxido de carbono (por análisis de gas infrarrojo), el equipo observó que ambos procesos aumentaron significativamente. Y estas mejoras se tradujeron en un aumento del 14 % al 20 % en el peso seco por planta en condiciones de campo.
Es impresionante lo que hicieron, dijo Blankenship, y agregó que hay muchas otras formas [de ajustar fotosíntesis] que posiblemente podría tener impactos aún mayores, como expandir el espectro de luz que las plantas pueden usar.
De hecho, estuvo de acuerdo Foyer, hay muchos pasos a lo largo del proceso de fotosíntesis donde es posible ver que se pueden hacer mejoras para aumentar el rendimiento. Y lo que han hecho Steve Long y sus colegas es abordar solo uno.
Con este avance, agregó, el aumento del 70 al 100 por ciento en el rendimiento que necesitamos desesperadamente para 2050 se parece mucho más a una realidad. ahora.
J. Kromdijk et al., Mejora de la fotosíntesis y la productividad de los cultivos acelerando la recuperación de la fotoprotección, Science, 354:857-61, 2016.
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