Las plantas convierten la luz solar en energía a través de la fotosíntesis; sin embargo, la mayoría de los cultivos en el planeta están plagados de una falla fotosintética, y para lidiar con eso, evolucionó un proceso costoso de energía llamado fotorrespiración que suprime drásticamente su potencial de rendimiento. Investigadores de la Universidad deInforme del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de Illinois y EE. UU. En la revista ciencia que los cultivos diseñados con un atajo fotorrespiratorio son un 40 por ciento más productivos en condiciones agronómicas del mundo real.
"Podríamos alimentar a hasta 200 millones de personas adicionales con las calorías perdidas por la fotorrespiración en el medio oeste de los Estados Unidos cada año", dijo el investigador principal Donald Ort, el profesor Robert Emerson de ciencias de las plantas y cultivos en el Instituto Carl R. Woese de Illinoispara la biología genómica. "Recuperar incluso una parte de estas calorías en todo el mundo contribuiría en gran medida a satisfacer las demandas de alimentos en rápida expansión del siglo XXI, impulsadas por el crecimiento de la población y las dietas más ricas en calorías".
Este estudio histórico es parte de Realizando el aumento de la eficiencia fotosintética RIPE, un proyecto de investigación internacional que está diseñando cultivos para fotosintetizar de manera más eficiente para aumentar de manera sostenible la productividad alimentaria mundial con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Alimentación y la AgriculturaResearch FFAR y el Departamento de Desarrollo Internacional del Gobierno del Reino Unido DFID.
La fotosíntesis utiliza la enzima Rubisco, la proteína más abundante del planeta, y la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares que impulsan el crecimiento y el rendimiento de las plantas. Durante milenios, Rubisco se ha convertido en una víctima de su propio éxito, creando un oxígenorica en atmósfera. Incapaz de distinguir confiablemente entre las dos moléculas, Rubisco toma oxígeno en lugar de dióxido de carbono aproximadamente el 20 por ciento del tiempo, lo que resulta en un compuesto tóxico para las plantas que debe ser reciclado a través del proceso de fotorrespiración.
"La fotorrespiración es anti-fotosíntesis", dijo el autor principal Paul South, biólogo molecular de investigación del Servicio de Investigación Agrícola, que trabaja en el proyecto RIPE en Illinois. "Le cuesta a la planta una energía preciosa y recursos en los que podría haber invertido"fotosíntesis para producir más crecimiento y rendimiento "
La fotorrespiración normalmente toma una ruta complicada a través de tres compartimentos en la célula de la planta. Los científicos diseñaron vías alternativas para redirigir el proceso, acortando drásticamente el viaje y ahorrando suficientes recursos para impulsar el crecimiento de la planta en un 40 por ciento. Esta es la primera vez que una fotorrespiración diseñadaLa solución se ha probado en condiciones agronómicas del mundo real.
"Al igual que el Canal de Panamá fue una hazaña de ingeniería que aumentó la eficiencia del comercio, estos atajos fotorrespiratorios son una hazaña de ingeniería de plantas que demuestran un medio único para aumentar en gran medida la eficiencia de la fotosíntesis", dijo el director de RIPE, Stephen Long,Cátedra Ikenberry de la Universidad de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de Illinois.
El equipo diseñó tres rutas alternativas para reemplazar la tortuosa ruta nativa. Para optimizar las nuevas rutas, diseñaron construcciones genéticas utilizando diferentes conjuntos de promotores y genes, esencialmente creando un conjunto de hojas de ruta únicas. Ellos probaron estas hojas de ruta en 1.700 plantas paraaventajar a los mejores.
Durante dos años de estudios de campo replicados, descubrieron que estas plantas de ingeniería se desarrollaron más rápido, crecieron más y produjeron aproximadamente un 40 por ciento más de biomasa, la mayor parte de la cual se encontró en tallos un 50 por ciento más grandes.
El equipo probó sus hipótesis en el tabaco: una planta modelo ideal para la investigación de cultivos porque es más fácil de modificar y probar que los cultivos alimentarios, pero a diferencia de los modelos de plantas alternativas, desarrolla un dosel de hojas y puede probarse en el campo. Ahora,el equipo está traduciendo estos hallazgos para aumentar el rendimiento de la soja, el caupí, el arroz, la papa, el tomate y la berenjena.
"Rubisco tiene aún más problemas para detectar dióxido de carbono del oxígeno a medida que se calienta, causando más fotorrespiración", dijo la coautora Amanda Cavanagh, investigadora postdoctoral de Illinois que trabaja en el proyecto RIPE. "Nuestro objetivo es construir mejores plantas quepuede tomar el calor hoy y en el futuro, para ayudar a equipar a los agricultores con la tecnología que necesitan para alimentar al mundo ".
Si bien es probable que esta tecnología tarde más de una década en traducirse en cultivos alimentarios y lograr la aprobación reglamentaria, RIPE y sus patrocinadores se comprometen a garantizar que los pequeños agricultores, particularmente en África subsahariana y el sudeste asiático, tengan regalíasAcceso gratuito a todos los avances del proyecto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Claire Benjamin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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