Arabidopsis puede parecer una planta simple, pero en la Universidad de Missouri, el bioquímico vegetal Jay Thelen la está usando como un poderoso modelo para explorar formas de aumentar la producción de petróleo, un paso importante hacia la creación de fuentes de energía más sustentables basadas en plantas.
por Eric Stann, Universidad de Missouri
Para satisfacer la creciente demanda mundial de biocombustibles, los científicos ya están modificando genes vegetales para aumentar la producción de aceite vegetal. Esto se debe a que, dentro de la planta, una compleja red de vías metabólicas transforma la luz solar, el dióxido de carbono (o carbono atmosférico), el agua y los nutrientes en compuestos vitales, incluido el aceite, el ingrediente fundamental del biocombustible.
Los genes dan instrucciones a las enzimas y, a su vez, estas ayudan a controlar las vías metabólicas de la planta. Sin embargo, apenas estamos empezando a comprender cómo la modificación de estos genes para producir más aceite afecta a las demás vías metabólicas de la planta, todas interconectadas.
En su nuevo estudio, Thelen y sus colegas han cartografiado cómo el metabolismo de las plantas responde a estos cambios genéticos. Sus hallazgos proporcionarán a otros científicos pistas sobre cómo ajustar la producción de aceite de una planta para crear la máxima cantidad de biocombustible.
«La ómica comparativa revela reordenamientos metabólicos inesperados en un mutante con alto contenido de aceite de la acetil-CoA carboxilasa de plástidos», se publicó en el Journal of Proteome Research .
«Dado que la producción de petróleo utiliza vías metabólicas centrales, sabemos que la ingeniería de plantas para producir más petróleo en última instancia impacta otras vías, creando restricciones en el suministro de carbono», dijo Thelen, profesor de bioquímica en la Facultad de Agricultura, Alimentación y Recursos Naturales de Mizzou.
«Al utilizar el conocimiento adquirido en este estudio biológico a gran escala, podemos identificar estos cuellos de botella metabólicos y eliminar estas restricciones mediante ingeniería específica para maximizar productos deseables, como el petróleo».
Journal of Proteome Research (2025). DOI: 10.1021/acs.jproteome.4c00947
Hallazgos sorprendentes
Uno de los hallazgos más inesperados del estudio cuestionó la antigua observación de que el contenido de aceite en las semillas es inversamente proporcional a la proteína. En otras palabras, si se intenta aumentar el aceite, la proteína disminuye y viceversa. Sin embargo, Thelen y sus colegas encontraron aumentos simultáneos en el contenido de aceite y proteína en las semillas.
«El sorprendente aumento conjunto de proteínas sugiere que podría ser posible mejorar simultáneamente múltiples componentes valiosos dentro de las plantas que se cultivan tanto por sus características de aceite como de proteína, en lugar de verse obligados a hacer un sacrificio», dijo Thelen.
«Este estudio sobre la eliminación de un gen regulador de la producción de ácidos grasos podría ofrecer pistas para la ingeniería de semillas con un mayor contenido general de sustancias deseables, lo que ofrecería un mayor valor».
Otro resultado inesperado reveló un ciclo inútil de desperdicio de energía. Si bien las plantas modificadas genéticamente producían más aceite, también desencadenaban procesos que lo descomponían.
«Observamos que las plantas sobreregularon las vías de movilización de lípidos, aparentemente descomponiendo los lípidos ( ácidos grasos ) que intentaban sobreproducir», afirmó. «En futuras investigaciones, queremos intentar descubrir la causa de esta inusual respuesta metabólica y, en última instancia, ralentizar el catabolismo de los ácidos grasos para minimizar este ciclo de desperdicio».
Maximizar la eficiencia
El objetivo a largo plazo del equipo es ayudar a desarrollar plantas productoras de aceite más eficientes, como la camelina y el pennycress (cultivos de cobertura de rápido crecimiento), para absorber rápidamente el dióxido de carbono y convertirlo en aceite de la manera más eficiente posible.
«Este dióxido de carbono se puede introducir en diversos productos, como azúcares simples y complejos, ceras, ácidos orgánicos y aceites», dijo Thelen, quien también es investigador principal en el Centro de Ciencias de la Vida Christopher S. Bond.
«El objetivo de la ingeniería genética es trasladar la mayor cantidad posible de carbono de los productos menos valiosos a la creación de aceite de semillas, el principal producto agronómico de los cultivos de cobertura de semillas oleaginosas».
Más información: Amr Kataya et al., La ómica comparativa revela reordenamientos metabólicos imprevistos en un mutante con alto contenido de aceite de la acetil-CoA carboxilasa de plástidos, Journal of Proteome Research (2025). DOI: 10.1021/acs.jproteome.4c00947
