Investigadores de la Universidad de Illinois (EE.UU.) han demostrado que se pueden generar aumentos en la conductancia del mesófilo y que esto conduce a aumentos en la fotosíntesis y rendimiento agrícola en las plantas. Estos resultados se comprobaron en un ensayo de campo con un cultivo modelo (tabaco). La modificación se probará en el cultivo alimentario de soja en los próximos años.
Genetic Engineering & Biotechnology News / 30 de abril, 2024.- La conductancia del mesófilo, o la facilidad con la que el CO2 puede difundirse a través de las células de una hoja antes de llegar al lugar donde se fija el carbono, desempeña un papel clave en la fotosíntesis. El CO2 se enfrenta a barreras a medida que se mueve, incluidas las paredes celulares. Ahora, los investigadores han aumentado la permeabilidad reduciendo el grosor de las paredes celulares, lo que ha dado como resultado un aumento de la difusión y la absorción de CO2 en un cultivo modelo.
Este trabajo se publica en Plant Biotechnology Journal en el estudio «Mayor conductancia del mesófilo y fotosíntesis de las hojas en el campo a través de la porosidad y el espesor de la pared celular modificada mediante la expresión de AtCGR3 en el tabaco«. El estudio fue realizado por investigadores del programa Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), dirigido por la Universidad de Illinois (EE.UU.), que están modificando cultivos para que sean más productivos mejorando la fotosíntesis, el proceso natural que utilizan todas las plantas para convertir la luz solar en energía.
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«Esta es una de las pocas pruebas de concepto exitosas que muestran que podemos diseñar un aumento en la conductancia del mesófilo y hacer que esto dé como resultado un aumento de la fotosíntesis en el campo», dijo Coralie Salesse-Smith, PhD, investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Long de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. “La teoría nos muestra que se puede lograr aumentar la conductancia del mesófilo para aumentar la fotosíntesis sin el costo de más agua. Esto es importante considerando la necesidad urgente de aumentar la producción de cultivos y el uso sostenible del agua”.
El proceso de conversión de CO2 en azúcar comienza cuando este pasa por los estomas de las hojas. Para que el CO2 llegue al cloroplasto (donde se convierte en azúcar) debe atravesar varias barreras, incluida la pared celular.
Los investigadores plantearon la hipótesis de que si pudieran mejorar la difusión de CO2 a través de la pared celular haciendo que estas barreras fueran más fáciles de cruzar, mejoraría la conductancia del mesófilo y, a su vez, la eficiencia fotosintética. Estudios anteriores muestran que las paredes celulares más delgadas están asociadas con una mayor conductancia del mesófilo.
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El equipo optó por sobreexpresar CGR3, un gen que se ha demostrado que altera los componentes de la pared celular. Este gen se insertó en una especie de tabaco y se cultivó junto con plantas no modificadas en una prueba de campo durante la temporada de crecimiento de 2022.
“Era muy importante apuntar a la pared celular porque es uno de los principales componentes que limitan la conductancia del mesófilo. Disminuir su espesor y hacerlo más permeable facilitaría que el CO2 llegue al lugar de fijación del carbono”, dijo Salesse-Smith. «Al sobreexpresar el gen objetivo, pudimos disminuir el grosor de la pared celular y aumentar su permeabilidad, lo que, como planteamos la hipótesis, terminó aumentando la conductancia del mesófilo y, a su vez, la fotosíntesis«.
Las plantas que sobreexpresan el gen CGR3 mostraron una disminución en el espesor de la pared celular del 7 al 13% y un aumento en la porosidad del 75% en comparación con las plantas sin este gen añadido. Además, los datos mostraron un aumento del 8% en la fotosíntesis en el campo.
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«Esperábamos que esta modificación permitiera que entrara más CO2 en el cloroplasto y se usara para crear energía en forma de azúcar, y eso es lo que sucedió, pero sólo porque funcionó en un cultivo modelo no significa que se obtengan los mismos resultados con un cultivo alimentario”, dijo Salesse-Smith. «Es importante probar lo que sucede en la soja para ver si se lograrán las mismas mejoras en la conductancia del mesófilo y la fotosíntesis, y si eso conduce a mejoras en el rendimiento».
Armado con estos resultados, el equipo está trabajando para probar esta modificación en la soja, para ver si se puede obtener una mayor fotosíntesis, eficiencia en el uso del agua y rendimiento en un cultivo alimentario. Las pruebas de campo de soja podrían realizarse ya en la temporada de crecimiento de 2025.