junio 29, 2022

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Un gen alterado ayuda a las plantas a absorber más dióxido de carbono y producir compuestos más útiles


Todos los días, las plantas de todo el mundo realizan un milagro invisible. Toman dióxido de carbono del aire y, con la ayuda de la luz solar, lo convierten en innumerables sustancias químicas esenciales tanto para las plantas como para los humanos.


por Eric Hamilton, Universidad de Wisconsin-Madison


Algunas de estas sustancias químicas, conocidas como compuestos aromáticos , son la materia prima de una gran cantidad de medicamentos útiles, como la aspirina y la morfina. Sin embargo, muchas de estas sustancias químicas provienen de los combustibles fósiles porque es difícil lograr que las plantas produzcan una cantidad suficiente para cosechar económicamente. Otros son nutrientes humanos esenciales y solo se pueden obtener a través de nuestros alimentos, ya que nuestros cuerpos no pueden producirlos.

En un nuevo trabajo, los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison identificaron una forma de liberar los frenos en la producción de aminoácidos aromáticos de las plantas al cambiar o mutar un conjunto de genes. El cambio genético también hizo que las plantas absorbieran un 30 % más de dióxido de carbono de lo normal, sin ningún efecto adverso en las plantas.

Si los científicos pudieran agregar un rasgo como este a los cultivos o plantas productoras de drogas, podría ayudarlos a producir más químicos de forma natural mientras reducen los gases de efecto invernadero en la atmósfera.

«Durante mucho tiempo hemos estado interesados ​​en esta vía de aminoácidos aromáticos porque es una de las principales vías de las plantas que transforman el carbono fijado por la fotosíntesis en medicamentos, alimentos, combustibles y materiales», dice Hiroshi Maeda, profesor de botánica de la UW-Madison que dirigió la nueva investigación. «Ahora, por primera vez, hemos descubierto cómo regular la perilla de control clave que usan las plantas para aumentar la producción de esta vía».

Maeda y su equipo, dirigido por los investigadores postdoctorales Ryo Yokoyama y Marcos Vinicius Viana de Oliveira, publicaron sus hallazgos el 8 de junio en Science Advances .

Normalmente, las plantas controlan estrictamente la producción de aminoácidos aromáticos incorporando frenos naturales al proceso. Cuando las plantas han producido suficientes aminoácidos, todo el sistema se detiene.

Las plantas mutadas que descubrió el equipo de Maeda usando la planta modelo Arabidopsis tienen frenos mucho menos sensibles gracias a mutaciones en un gen llamado DHS, que inicia la producción de aminoácidos aromáticos . El resultado es que la planta no sabe cuándo parar y sigue produciendo estos compuestos.

Los científicos se sorprendieron al descubrir que las plantas pusieron la fotosíntesis a toda marcha, absorbiendo significativamente más dióxido de carbono en la planta para impulsar este nuevo auge de producción.

«Creemos que el aumento de la fotosíntesis hace dos cosas. Una es proporcionar energía adicional para operar esta vía energéticamente costosa. La segunda es suministrar más componentes básicos de carbono para producir sustancias químicas aromáticas energéticamente densas», dice Maeda.

Algunos de estos compuestos densos en energía, como la lignina, encuentran su camino hacia la pared celular , donde se convierten en forraje útil para biocombustibles.

Arabidopsis es simplemente una diminuta planta de mostaza. Si bien es un modelo útil en el laboratorio, no produce nada de valor. El coautor de Oliveira tiene la vista puesta en probar mutaciones similares en cultivos, que absorben grandes cantidades de dióxido de carbono cada año, o en plantas que producen sustancias químicas aromáticas valiosas.

“Estos frenos que identificamos se ven muy similares entre diferentes plantas. Por lo tanto, expandir este descubrimiento a los cultivos abre muchas posibilidades, como enriquecer nuestros alimentos con nutrientes esenciales o mejorar la producción de bioenergía, mientras capturamos más dióxido de carbono de la atmósfera para frenar el calentamiento global. , dice de Oliveira.



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