Biocombustibles Biotecnología Biotecnología en el agro Estados Unidos

Cómo una señal molecular ayuda a las células vegetales a decidir cuándo producir aceite


Un estudio en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Identifica nuevos detalles de cómo una molécula de señalización de azúcar ayuda a regular la producción de petróleo en las células vegetales. 


Laboratorio Nacional Brookhaven

Como se describe en un artículo publicado en la revista The Plant Cell , el trabajo podría apuntar a nuevas formas de diseñar plantas para producir cantidades sustanciales de petróleo para uso como biocombustibles o en la producción de otros productos derivados del petróleo.

El estudio se basa en una investigación previa dirigida por el bioquímico John Shanklin del Brookhaven Lab, que estableció vínculos claros entre un complejo de proteínas que detecta los niveles de azúcar en las células de las plantas (específicamente una subunidad llamada KIN10) y otra proteína que sirve como «interruptor de encendido» para la producción de petróleo ( WRINKLED1). Utilizando este conocimiento, el equipo de Shanklin demostró recientemente que podían usar combinaciones de variantes genéticas que aumentan la acumulación de azúcar en las hojas de las plantas para aumentar la producción de petróleo . El nuevo trabajo proporciona una comprensión más detallada del vínculo entre la señalización de azúcar y la producción de petróleo, identificando con precisión qué moléculas regulan el equilibrio y cómo.

«Si fueras una célula, querrías saber si deberías hacer nuevos compuestos o romper los existentes», dijo Shanklin. «Producir petróleo es exigente; desea hacerlo cuando tiene mucha energía, lo que en las células se mide por la cantidad de azúcar disponible. Al comprender cómo la disponibilidad de azúcar impulsa la producción de petróleo, esperamos encontrar formas de hacer que las plantas Impulsar la prioridad de hacer aceite «.

La investigación anterior del equipo reveló algunos detalles bioquímicos clave del acto de equilibrio de azúcar y aceite. Específicamente, encontraron que cuando los niveles de azúcar son bajos, la parte KIN10 del complejo de detección de azúcar interrumpe la producción de petróleo al desencadenar la degradación del interruptor de encendido del aceite (WRINKLED1). Los altos niveles de azúcar previnieron de alguna manera esta degradación, dejando la proteína de encendido estabilizada para producir aceite. Pero los científicos no entendieron exactamente cómo.

Para el nuevo artículo, los primeros autores Zhiyang Zhai y Jantana Keereetaweep llevaron a cabo una investigación detallada para desentrañar cómo estos jugadores moleculares interactúan para aumentar la producción de petróleo cuando el azúcar es abundante.

El equipo utilizó una técnica emergente, llamada termoforesis a microescala, que utiliza tintes fluorescentes y calor para medir con precisión la fuerza de las interacciones moleculares.

«Se etiquetan las moléculas con un tinte fluorescente y se mide cómo se alejan de una fuente de calor», explicó Shanklin. «Entonces, si agregas otra molécula que se une a la molécula marcada, cambia la velocidad a la que la molécula marcada se aleja del calor».

«La rápida aplicación de esta nueva técnica por parte de Jan y Zhiyang a este difícil problema de investigación fue clave para resolverlo», dijo Shanklin.

Entre las sustancias incluidas en el estudio se encontraba una molécula conocida como trehalosa 6-fosfato (T6P), cuyos niveles aumentan y disminuyen con los del azúcar. El estudio reveló que T6P interactúa directamente con el componente KIN10 del complejo de detección de azúcar. Y mostró cómo esa unión interfiere con la capacidad de KIN10 para interrumpir la biosíntesis del aceite.

«Al medir las interacciones entre muchas moléculas diferentes, determinamos que la molécula de señalización de azúcar, T6P, se une con KIN10 e interfiere con su interacción con un intermedio previamente no identificado en este proceso, conocido como GRIK1, que es necesario para que KIN10 marque WRINKLED1 para la destrucción. Esto explica cómo la señal afecta a la cadena de eventos y lleva a una mayor producción de petróleo «, dijo Shanklin. «No es solo el azúcar, sino la molécula de señalización que sube y baja con el azúcar que inhibe el mecanismo de cierre del aceite».

Para poner este conocimiento en acción para aumentar la producción de petróleo , los científicos necesitarán aún más detalles. Por lo tanto, el siguiente paso será obtener una visión de cerca de la interacción de T6P con su proteína objetivo, KIN10, en la Fuente de Luz de Sincrotrón Nacional de Brookhaven II (NSLS-II). Esta instalación de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE produce rayos X extremadamente brillantes, que el equipo usará para revelar exactamente cómo se acoplan las moléculas que interactúan.

«Con NSLS-II en Brookhaven Lab, estamos en el lugar perfecto para llevar esta investigación a la siguiente etapa», dijo Shanklin. «Hay herramientas únicas disponibles en la Fuente de luz que nos permitirán agregar detalles de nivel atómico a las interacciones que descubrimos».

Y esos detalles podrían indicar formas de cambiar la secuencia de KIN10, la proteína objetivo de T6P, para imitar los efectos de la interacción y modificar los circuitos reguladores de la célula para priorizar la producción de petróleo.

Más información: «Trehalose 6-phosphate regula positivamente la síntesis de ácidos grasos al estabilizar WRINKLED1» Plant Cell (2018). www.plantcell.org/content/earl… 8/09/18 / tpc.18.00521 

Referencia del diario: Célula vegetal  

Proporcionado por: Brookhaven National Laboratory


Leer más

UA alerta acerca de la amenaza del gusano soldado sobre África

Cómo es la primera granja flotante del mundo

Una proteína evita que las plantas tengan una floración prematura

Microbiología práctica para agrónomos

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.