Las plantas almacenan carbono en dos formas principales: almidón y triglicéridos (TAG). El almidón se almacena principalmente en los cloroplastos de las hojas, donde sirve como fuente de energía fácilmente disponible, mientras que los TAG se almacenan en las semillas para el almacenamiento de energía a largo plazo.
Estudios previos han demostrado que existe un equilibrio entre estas dos formas de almacenamiento de carbono, lo que implica que un aumento en los niveles de una forma a menudo reduce los niveles de la otra.
Curiosamente, los intentos de aumentar los TAG en las hojas han provocado una disminución de los niveles de almidón , lo que sugiere que las plantas regulan las fuentes de carbono , priorizando el almidón o los TAG. Comprender esta compensación podría conducir al desarrollo de plantas con más TAG en las hojas, lo que proporcionaría una fuente sostenible de aceites vegetales.
Ahora, en un estudio publicado en la Revista de Botánica Experimental , investigadores de la Universidad de Chiba (Japón) aportan nuevos conocimientos sobre los factores que controlan este equilibrio de carbono. Sus hallazgos revelan que un gen no descrito previamente, llamado LIRI1, que codifica una proteína desconocida, desempeña un papel crucial en la regulación del equilibrio entre el almacenamiento de almidón y lípidos en las hojas de las plantas, al influir en las vías de biosíntesis de ácidos grasos y almidón.
Dirigido por el profesor asociado Takashi L. Shimada, con Mebae Yamaguchi como primera autora del estudio, de la Escuela de Posgrado de Horticultura de la Universidad de Chiba, el equipo de investigación empleó un enfoque de genética avanzada para identificar los genes responsables de la alteración de los patrones de almacenamiento de carbono. Analizaron plantas mutantes de Arabidopsis que presentaban mayores niveles de TAG en las hojas y menor contenido de almidón, e identificaron finalmente a LIRI1 como un regulador clave.
Al hablar sobre la justificación de este estudio, el profesor asociado Shimada afirma: «Nos interesaba cómo las plantas distribuyen los recursos de carbono. En particular, ¿por qué las semillas acumulan tantos lípidos mientras que las hojas contienen tan pocos? Responder a esta pregunta a través de nuestra investigación nos ha permitido contribuir tanto a la ciencia básica como a la aplicada».
En lugar de medir directamente el contenido de TAG en las hojas, lo cual requeriría mucho tiempo, los investigadores contaron la cantidad de gotas lipídicas (LD) que almacenan TAG en las hojas. Para desarrollar los mutantes, trataron semillas de Arabidopsis con etilmetanosulfonato, un mutágeno químico que induce mutaciones aleatorias en el ADN. Las semillas portaban un transgén que codifica la proteína verde fluorescente fusionada a CALEOSIN3, una proteína que se localiza de forma natural en las LD.
Este marcado fluorescente permitió a los investigadores visualizar los LD en las hojas de las plántulas bajo un microscopio de fluorescencia. Entre las plantas analizadas, descubrieron un mutante llamado lipid-rich 1-1 (liri1-1), que contenía cinco veces más TAG y la mitad del contenido de almidón que las plantas silvestres.
Se descubrió que la sobreacumulación de LD en mutantes liri1 se debe a la pérdida de la función del gen LIRI1 en los cloroplastos. Este gen interactúa con dos enzimas clave: la subunidad alfa de la acetilcoenzima A carboxilasa carboxiltransferasa (α-CT), esencial para la biosíntesis de ácidos grasos, y la sintasa de almidón 4 (SS4), implicada en la biosíntesis del almidón.
Con base en las observaciones, los investigadores proponen que, en plantas silvestres, LIRI1 promueve la asignación de carbono activando la producción de almidón, inhibiendo su degradación o favoreciendo la asignación de carbono al almidón en detrimento de TAG. Sin embargo, cuando LIRI1 es deficiente, estos mecanismos se alteran, desviando la asignación de carbono hacia la producción de TAG en lugar de hacia el almidón.
Se descubrió que las plantas mutantes liri1 tenían defectos de crecimiento y cloroplastos irregulares, lo que sugiere que la asignación adecuada de carbono entre los TAG y el almidón juega un papel en el desarrollo normal de la planta.
Estos hallazgos resaltan el papel de LIRI1 como regulador clave del equilibrio almidón-lípidos en las plantas. Aun cuando la demanda de aceite vegetal como biocombustible y fuente de alimento aumenta a nivel mundial, la modificación de LIRI1 podría permitir el desarrollo de cultivos con mayor almacenamiento de TAG en las hojas, proporcionando una fuente renovable para satisfacer esta demanda.
«La mutación liri1 podría ser útil para desarrollar nuevos cultivos con alto contenido de TAG o cultivos con bajo contenido de almidón», afirma el profesor asociado Shimada, al comentar las implicaciones prácticas de estos hallazgos. Añade además: «Estos cultivos podrían eventualmente adaptarse a la salud humana , por ejemplo, como opciones alimenticias bajas en almidón para personas con diabetes».
Más información: Mebae Yamaguchi et al., LIPID RICH 1 modula la asignación de carbono entre el almidón y los triacilglicerol en hojas de Arabidopsis, Journal of Experimental Botany (2025). DOI: 10.1093/jxb/eraf048
