Para este fin, el equipo identificó varios miles de proteínas, determinó sus cantidades respectivas en líneas mutantes y de referencia y combinó los hallazgos con mediciones del rendimiento fotosintético. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 3 de abril de 2020.
Las mutaciones causan defectos
Para su investigación conjunta, el equipo encabezado por la Dra. Julia Grimmer de MLU y el Profesor Sacha Baginsky, Jefe de la Cátedra de Bioquímica Vegetal en RUB, utilizó Arabidopsis thaliana como organismo modelo ". Esta planta ha sido estudiada en detalle y haymuchas mutaciones conocidas ", explica Julia Grimmer. Dos de estas mutaciones fueron de particular interés para el grupo de investigación y fueron fundamentales para los descubrimientos que ahora se han descrito.
Una de las mutaciones se caracteriza por un defecto en la importación de proteínas a los cloroplastos. Los cloroplastos dependen de la importación de una gran proporción de sus proteínas del citoplasma. "Un defecto en la importación impide la producción de suficiente clorofila: las plantas sonno son verdes, son mutantes albinos ", explica la autora principal Julia Grimmer. La otra mutación afecta la función del llamado proteasoma, un complejo proteico responsable de la degradación de las proteínas en el citoplasma. En el mutante, la funcionalidad del proteasoma se altera.
Doble defecto mejora el rendimiento
"La combinación de estas dos mutaciones ha dado como resultado un nuevo fenotipo de la planta", explica Sacha Baginsky. "Las plantas son más verdes que el mutante albino y realizan más fotosíntesis. Esto nos sorprendió, porque es contra-intuitivo. Si se agrega un segundo defecto al primero, la función mejora ". Los investigadores interpretan este resultado de la siguiente manera: la degradación reducida de las proteínas debido a la mutación del proteasoma significa que hay más proteínas de cloroplasto disponibles en el citoplasma. Aunque el transporte está interrumpidoDebido a la mutación de importación, algunas proteínas aún pueden transportarse a los cloroplastos, donde se puede formar más clorofila que en las plantas albinas. El nuevo doble mutante también tiene más pilas de tilacoides: aquí es donde se encuentran los complejos fotosintéticos funcionales.
Los estudios de plantas de Arabidopsis de tipo salvaje mostraron que la mejora en el rendimiento fotosintético debido a la mutación del proteasoma también ocurre independientemente de la mutación de importación. "Suponemos que el proteasoma degrada constantemente las proteínas del cloroplasto en el citoplasma, lo que a su vez protege a la plantadel daño potencial causado por demasiada fotosíntesis ", dice Sacha Baginsky. Esto significa que la planta desperdicia energía que podría usarse para acumular biomasa para protegerse. Debido a la mutación del proteasoma, que interfiere con la degradación de las proteínas en el citoplasma., este factor limitante se reduce y la fotosíntesis se vuelve más eficiente. "Dado que todos los organismos fotosintéticos se protegen a sí mismos a través de mecanismos similares, suponemos que este efecto también puede transferirse a plantas superiores", reconoce el biólogo. Esto podría ayudar a generar la conversiónde dióxido de carbono en biomasa por las plantas más eficientes.
Análisis de proteoma complejo
El equipo de investigación ha basado sus hallazgos en análisis complejos de la totalidad de las proteínas vegetales, el llamado proteoma. Se identificaron varios miles de proteínas y se determinaron cuantitativamente sus cantidades respectivas en los diferentes mutantes ". Solo muy pocos grupos de investigación estáncapaz de hacer esto con este nivel de detalle. Esto nos ha permitido documentar los efectos y comprenderlos ", concluye Sacha Baginsky.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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