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Científicos corrigen falla de fotosíntesis para hacer que las plantas crezcan un 40 por ciento más

Todo ese oxígeno que te gusta respirar no aparece mágicamente en la atmósfera. La Tierra es habitable porque las plantas de todo el mundo bombean oxígeno como subproducto de la fotosíntesis, y algunas de ellas se convierten además en sabrosos cultivos alimenticios. Sin embargo, la fotosíntesis no es perfecta a pesar de muchos eones de refinamiento evolutivo. Científicos de la Universidad de Illinois han trabajado para corregir una falla en la fotosíntesis, y eso podría mejorar el rendimiento de los cultivos hasta en un 40 por ciento.

En el corazón de la nueva investigación se encuentra un proceso en plantas llamado fotorrespiración, que no es tanto parte de la fotosíntesis como una consecuencia de ella. Como muchos procesos biológicos, la fotosíntesis no funciona correctamente el 100 por ciento de las veces. De hecho, una de las principales reacciones en la fotosíntesis tiene solo un 75 por ciento de efectividad. El cambio se produce en el proceso que emprenden las plantas debido a esa ineficiencia.

En la fotosíntesis, las plantas toman agua y dióxido de carbono y lo procesan para crear azúcares (alimentos) y oxígeno. Las plantas no necesitan oxígeno, por lo que se expulsa. Felizmente, necesitamos oxígeno y exhalamos dióxido de carbono.

El problema abordado en el nuevo estudio es con una enzima llamada ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa (RuBisCO). Este complejo de proteínas une una molécula de dióxido de carbono a la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP). A lo largo de los años, la atmósfera de la Tierra se ha oxigenado más, y eso significa que RuBisCO tiene que hacer frente a más moléculas de oxígeno mezcladas con dióxido de carbono. Aproximadamente una cuarta parte de las veces, RuBisCO agarra una molécula de oxígeno por error, y eso tiene consecuencias dentro de una planta.

Los científicos Don Ort (derecha), Paul South (centro) y Amanda Cavanagh (izquierda) estudian qué tan bien se desempeñan sus plantas modificadas para evitar la fotorrespiración junto con plantas no modificadas en condiciones del mundo real.

Cuando RuBisCO se equivoca, las plantas se quedan con subproductos tóxicos como el glicolato y el amoníaco. Se necesita energía para procesar estos compuestos (a través de la fotorrespiración), que se suma a la pérdida de energía por la ineficiencia de la fotosíntesis. Los autores del estudio señalan que el arroz, el trigo y la soja sufren de este problema técnico, y RuBisCO se vuelve aún menos preciso a medida que aumentan las temperaturas. Eso significa que los suministros de alimentos podrían disminuir a medida que el calentamiento global se agrave.

La solución es parte de un programa llamado Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), y se basa en la introducción de nuevos genes que mejoran el crecimiento. Por lo general, la fotorrespiración toma una ruta compleja y tortuosa a través de tres orgánulos celulares diferentes. Consume ATP (la moneda de energía de las células) que debería hacer que la planta sea más grande y más fuerte. RIPE se centra en hacer que la fotorrespiración sea más rápida y más eficiente energéticamente.

El equipo desarrolló tres vías alternativas utilizando nuevas secuencias genéticas. Optimizaron estas vías en 1700 plantas diferentes para identificar los mejores enfoques. En el transcurso de dos años, los investigadores probaron las secuencias utilizando plantas de tabaco modificadas. Esa es una planta común en la ciencia porque su genoma se comprende excepcionalmente bien.

Esas plantas produjeron aproximadamente un 40 por ciento más de biomasa que las plantas no modificadas. Eso indica que las vías de fotorrespiración más eficientes le ahorran a la planta una energía considerable que, en cambio, puede destinarse al crecimiento. El siguiente paso es incorporar los genes en cultivos alimentarios como soja, caupí, arroz y tomates.

Puede llevar varios años integrar los genes de fotorrespiración revisados ​​en los cultivos alimentarios, que son más complicados que el tabaco. Las plantas resultantes tendrían que ser aprobadas para el consumo humano por los reguladores; no es una tarea fácil en sí misma, y ​​existe una oposición anticientífica frecuente a los cultivos modificados genéticamente. RISE cuenta con el apoyo de organizaciones sin fines de lucro de todo el mundo, incluida la Fundación Bill y Melinda Gates. Cualquier semilla desarrollada bajo RISE estará disponible libre de regalías.