Un nuevo enfoque de bioingeniería para aumentar la fotosíntesis en plantas de arroz podría aumentar el rendimiento de grano hasta en un 27%, según un estudio publicado el 10 de enero en la revista planta molecular . El enfoque, llamado derivación GOC, enriquece las células vegetales con CO 2 que de otro modo se perdería a través de un proceso metabólico llamado fotorrespiración. Las plantas genéticamente modificadas fueron más verdes y grandes y mostraron una mayor eficiencia fotosintética y productividad en condiciones de campo, con ventajas particulares en luz brillante.
"La escasez de alimentos relacionada con el crecimiento de la población mundial será un problema grave que nuestro planeta tendrá que enfrentar", dice el autor principal del estudio, Xin-Xiang Peng, de la Universidad Agrícola del Sur de China en Guangzhou, China. "Nuestro estudio podría tener un gran impacto eneste problema al aumentar significativamente el rendimiento del arroz, especialmente en áreas con luz brillante ".
La mejora de la bioingeniería del arroz, un cultivo alimentario básico en todo el mundo, tiene una gran importancia práctica, particularmente a la luz de la necesidad de aumentar la productividad de los cultivos debido al crecimiento de la población mundial y la reducción de los suelos cultivables. Pero aumenta el rendimiento del arroz y varios otros importanteslos cultivos han sido escasos en los últimos años, y el rendimiento de los cultivos parece estar llegando a un límite máximo de potencial.
El enfoque genético principal para aumentar el potencial de rendimiento de los principales cultivos se centra en la fotosíntesis, el proceso bioquímico en el que el CO 2 y el agua se convierte en O 2 y compuestos de azúcar ricos en energía que estimulan el crecimiento de las plantas. Una forma de aumentar la fotosíntesis es evitar la fotorrespiración, un proceso dependiente de la luz en el que O 2 está ocupado y CO 2 publicado. El costo de la fotorrespiración es enorme. La eliminación de la fotorrespiración podría dar como resultado un aumento de hasta un 55% en la fotosíntesis, colocando la fotorrespiración en el centro del escenario en un intento de mejorar la eficiencia y el rendimiento fotosintéticos.
En los últimos años, se han introducido tres derivaciones fotorrespiratorias en las plantas, y dos de ellas condujeron a aumentos observables en la fotosíntesis y el rendimiento de la biomasa. Pero la mayoría de los experimentos se llevaron a cabo utilizando el organismo modelo Arabidopsis, y los aumentos han sido típicamentese observó en condiciones controladas por el medio ambiente, con poca luz y en días cortos. "Según nuestro conocimiento, nuestro estudio es el primero que probó el bypass de fotorrespiración en arroz", dice el coautor Zheng-Hui He, del estado de San Francisco.Universidad.
En el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron una estrategia para desviar esencialmente el CO 2 de la fotorrespiración a la fotosíntesis. Convirtieron una molécula llamada glicolato, que se produce a través de la fotorrespiración, a CO 2 usando tres enzimas de arroz: glicolato oxidasa, oxalato oxidasa y catalasa. Para desplegar el bypass GOC, que recibió el nombre de las tres enzimas, los investigadores introdujeron genes que codifican las enzimas en los cloroplastos de arroz, orgánulos donde la fotosíntesis tiene lugar en las células vegetales.
Como resultado, la tasa fotorrespiratoria se suprimió en un 18% -31% en comparación con la normal, y la tasa fotosintética neta aumentó en un 15% -22%, principalmente debido a las mayores concentraciones de CO celular 2 utilizado para la fotosíntesis. En comparación con las plantas que no fueron modificadas genéticamente, las plantas de GOC eran consistentemente más verdes y grandes, con un peso seco sobre el suelo que era 14% -35% más alto. Además, los granos de almidón crecieron en tamaño en un 100%y aumentó en número por celda en un 37%. En la temporada de siembra de primavera, el rendimiento de grano mejoró en un 7% a 27%.
En el futuro, los investigadores planean optimizar el rendimiento de las plantas de ingeniería en el campo colocando el mismo bypass metabólico en otras variedades de arroz. También les gustaría aplicar el mismo enfoque a otras plantas de cultivo como las papas.
"Nuestras plantas de ingeniería podrían desplegarse en campos a mayor escala después de evaluaciones adicionales por parte de investigadores independientes y agencias gubernamentales", dice Peng. "Aunque no esperamos que este enfoque afecte el sabor de estas plantas, tanto la calidad nutricionaly el gusto aún no han sido evaluados exhaustivamente por laboratorios independientes y agencias gubernamentales "
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Proyecto de Ciencia y Tecnología de la ciudad de Guangzhou.
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