Durante décadas, los biólogos han creído que una enzima clave en las plantas tenía una función: producir aminoácidos, que son vitales para la supervivencia de las plantas y también esenciales para las dietas humanas.
Pero para Wellington Muchero, Meng Xie y sus colegas, esta enzima hace más de lo anunciado. Habían realizado una serie de experimentos en plantas de álamo que revelaron consistentemente mutaciones en una estructura de la enzima que sostenía la vida que no se sabía que existía anteriormente.
Su descubrimiento podría alterar el curso de los estudios funcionales de genes en plantas y, si se aplica, podría exprimir más potencial del álamo como recurso renovable para la producción de biocombustibles y bioproductos.
"Al principio, pensamos que era un error, porque la enzima no necesita unirse al ADN para realizar su función conocida", dijo Muchero, biólogo del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía. "Repetimos el experimento múltipleveces y seguía viendo evidencia en los datos de que el mismo gen involucrado en la producción de aminoácidos también regula la función de los genes involucrados en la producción de lignina ".
"Esta regulación está ocurriendo a un nivel más alto en el sistema biológico general de la planta", agregó.
Descubrieron que las plantas de álamo con ciertas mutaciones creaban niveles inesperadamente bajos de lignina en diferentes ambientes y edades de los árboles.
La lignina llena espacios en las paredes celulares de las plantas para proporcionar resistencia. Muchero y su equipo estudian la genética del álamo como parte del Centro de Innovación en Bioenergía del laboratorio, o CBI, para desarrollar métodos para cultivar variedades modificadas con bajo contenido de lignina.plantas más fáciles de descomponer durante el proceso industrial de álamo a biocombustibles.
Según su función conocida, la única estrategia para reducir la producción de lignina utilizando esta enzima productora de aminoácidos sería disminuir su actividad biológica.
"Ese enfoque sería letal", dijo Muchero. "De hecho, es la receta utilizada en los herbicidas comunes".
Mientras continuaban su investigación, los científicos notaron que la enzima productora de aminoácidos se desvió de su viaje anticipado a través de las células de la planta en busca de cloroplastos, que contienen clorofila, la molécula que absorbe la energía de la luz solar, dando a las plantas su color verde y capturando carbonodióxido a través de la fotosíntesis.
En cambio, su trabajo reveló algo inesperado: la sección adicional de la enzima permitió que la enzima ingresara al núcleo, que es el centro cerebral de las células vegetales, y la "luz de la luna" como un regulador de la expresión génica que se une al ADN.
Descubrir la conexión directa abre nuevas oportunidades para modificar cómo se produce la lignina en el álamo sin afectar otros procesos biológicos que podrían matar la planta.
"El comportamiento único de esta enzima contrasta con la sabiduría convencional en la comunidad de plantas", dijo Muchero. "Si bien no sabemos cómo surgió esta nueva función en el álamo, ahora sabemos que esta enzima exhibe el mismo comportamiento en otras especies de plantas."
Las nuevas ideas ayudarán a apoyar a los socios de la industria ORNL, GreenWood Resources y Forage Genetics International, que han licenciado la tecnología del gen del álamo para aplicaciones separadas, pero cada una con el objetivo común de reproducir plantas con contenido de lignina modificado.
"Este descubrimiento ha permitido al nuevo Centro de Innovación en Bioenergía diseñar racionalmente plantas con lignina aumentada o disminuida", dijo Jerry Tuskan, director de CBI en ORNL.
"La lignina modificada en las plantas puede conducir a la valorización de la lignina y al desplazamiento del petróleo como precursor de los plásticos", agregó. "Un día, las botellas de agua o los juguetes de plástico pueden provenir de las plantas de álamo".
El equipo publicó sus hallazgos en La célula vegetal revista. Coautores del artículo titulado, "A 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate sintasa funciona como un represor transcripcional en Populus , "incluyó a Meng Xie de ORNL, Wellington Muchero, Anthony C. Bryan, Kelsey Yee, Timothy J. Tschaplinski, Raja S. Payyavula, Nancy Engle, Sara S. Jawdy, Lee E. Gunter, Olivia Thompson, Udaya Kalluri, MiguelRodríguez, Kai Feng, Jin-Gui Chen y Gerald A. Tuskan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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