A medida que aumentan las temperaturas globales, es imperativo que las plantas puedan adaptarse a condiciones nuevas y cambiantes.
por la Universidad Estatal de Michigan
Los investigadores de la Universidad Estatal de Michigan del laboratorio Walker están buscando formas de ayudar a las plantas. Más específicamente, su investigación tiene como objetivo ayudar a las plantas a adaptarse a las temperaturas cambiantes mediante la introducción de enzimas modificadas que aumentarán la tolerancia de las plantas al calor.
Su artículo reciente se publica en el Plant Biotechnology Journal .
«Yo diría que el objetivo principal de nuestra investigación es preparar a las plantas para temperaturas elevadas porque, con el cambio climático , las temperaturas aumentan», dijo Ludmila Roze, científica investigadora principal del Laboratorio de Investigación de Plantas (PRL) del Departamento de Energía de la Universidad Estatal de Michigan. «¿Cómo podemos ayudar a la agricultura a estar preparada para mantener la producción en este entorno cambiante?»
El laboratorio busca aumentar la termotolerancia de las plantas, o su capacidad de sobrevivir a altas temperaturas. Estas temperaturas pueden causar estragos en las plantas, incluso en la maquinaria celular que las mantiene vivas. La capacidad de la planta de mantener sus estructuras físicas y químicas en estas condiciones de temperatura se conoce como termoestabilidad.
El artículo reciente del laboratorio analiza el aumento de la termoestabilidad de una enzima conocida como glicerato 3-quinasa, o GLYK, en la planta Arabidopsis thaliana, comúnmente conocida como berro de thale. Esta enzima es el paso final de un proceso vital para las plantas conocido como fotorrespiración, que se espera que sea aún más importante a medida que aumenten las temperaturas.
Para desarrollar un repertorio de enzimas con diferentes termoestabilidades, el laboratorio de Walker analiza una variedad de organismos fotosintéticos, incluida la alga Cyanidioschyzon merolae, que vive en aguas termales volcánicas ácidas. En comparación con muchas plantas, C. merolae tiene una termoestabilidad mucho mejor.
«Al comprender el ‘por qué’ de cómo [las enzimas de C. merolae] operan a temperaturas más altas, podemos rediseñar las enzimas de las plantas para que estén mejor preparadas para un mundo con temperaturas más altas», dijo Berkley Walker, profesor asociado en PRL y el Departamento de Biología Vegetal de MSU.
Al combinar modelos de plegamiento de enzimas asistidos por inteligencia artificial con dinámica molecular del laboratorio PRL Vermaas, los investigadores pudieron identificar partes de la enzima C. merolae, conocidas coloquialmente como bucles, que eran responsables de la termoestabilidad. Estos bucles se introdujeron en la enzima GLYK de Arabidopsis.
Los investigadores descubrieron que con los bucles introducidos, la enzima Arabidopsis tenía mayor termotolerancia, lo que le permitiría adaptarse mejor a un clima cambiante.
«Hay una investigación muy intensa sobre cómo la temperatura afecta el crecimiento, la fisiología y el rendimiento de las plantas», dijo Roze. «Las temperaturas elevadas afectan a muchas especies de plantas agrícolas de manera drástica; reducen su rendimiento».
Por ejemplo, en algunas plantas como Brassica rapa, o mostaza de campo, de la que se cultivan nabos y bok choy, las temperaturas elevadas pueden detener la fotosíntesis, poniendo en riesgo la planta.
El siguiente paso es introducir estas enzimas diseñadas y más termotolerantes en la planta modelo Arabidopsis para ver cómo reacciona la planta.
«Es fundamental comprender cómo podemos aprender de la naturaleza y mejorar las enzimas para un futuro más cálido, ya que las plantas se enfrentan a temperaturas a las que históricamente no han estado expuestas», afirmó Walker. «Algunas enzimas estarán bien, pero otras pueden no soportar el calor. Con este conocimiento, tenemos una estrategia que podemos probar con cualquier enzima para aumentar su capacidad de funcionar en condiciones más cálidas».
Más información: Ludmila V. Roze et al, Incremento de la termoestabilidad de la enzima fotorrespiratoria clave glicerato 3-quinasa mediante recombinación basada en la estructura, Plant Biotechnology Journal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14508
