Bioinformatica e ingenieria genetica para “Hackear” la fotosintesis

La informatica de alto rendimiento y la ingenieria genetica para aumentar la eficiencia fotosintetica de las plantas ofrecen la esperanza de aumentar los rendimientos agricolas. Un estudio lo considera ineludible para alimentar a un planeta que se espera que tenga nueve mil 500 millones de personas en 2050, segun revela un equipo de investigadores.

Nunca ha habido un mejor momento para probar esto, afirma el profesor de Biologia de las Plantas de la Universidad de Illinois, Estados Unidos, Stephen P. Long, quien escribio el informe que se publica en la revista ‘Cell’ con colegas de Illinois y del Instituto Socio CAS-MPG de Biologia Computacional en Shanghai, China.

“Ahora conocemos cada paso en los procesos que impulsan la fotosintesis en las plantas de cultivo C3 como la soja y plantas C4 como el maiz –resalta Long–. Tenemos recursos computacionales sin precedentes que permiten modelizar cada etapa de la fotosintesis y determinar donde estan los cuellos de botella y los avances de la ingenieria genetica que nos ayudaran a aumentar o eludir esas medidas que impiden la eficiencia”.

Ya se han realizado progresos sustanciales en el laboratorio y en modelos informaticos de la fotosintesis, segun Long. “Nuestro laboratorio y otros han puesto un gen de cianobacterias en las plantas de cultivo y han observado que aumenta la tasa de fotosintesis en un 30 por ciento”, detalla.

Los microbios fotosinteticos ofrecen otras pistas para mejorar la fotosintesis en las plantas, informan los investigadores. Por ejemplo, algunas bacterias y algas contienen pigmentos que utilizan mas del espectro solar que los pigmentos de las plantas. Si se añade a las plantas, los pigmentos podrian reforzar el acceso de las plantas de energia solar.

Algunos cientificos estan tratando de diseñar la fotosintesis C4 en las plantas C3, pero esto supone alterar la anatomia de las plantas, cambiando la expresion de muchos genes e incluyendo nuevos genes de plantas C4, explica Long.

“Otro enfoque, posiblemente mas simple es agregar el cloroplasto C3, el sistema utilizado por las algas azul-verde”, añade. Esto aumentaria la actividad de Rubisco, una enzima que cataliza un paso vital de la conversion de dioxido de carbono atmosferico en biomasa vegetal. Los modelos informaticos sugieren que la aplicacion de este sistema aumentaria la fotosintesis hasta en un 60 por ciento, concreta Long.

Analisis informaticos de la forma en la que la planta intercepta la luz solar han revelado otras maneras de mejorar la fotosintesis. Muchas plantas atrapan demasiada luz en sus hojas mas altas y muy poca en las hojas inferiores, lo que probablemente les permite vencer a sus vecinos, pero en el campo de un agricultor esa competencia es contraproducente, sugiere Long.

Estudios dirigidos por el profesor de Biologia Vegetal I. Donald Ort buscan hacer las hojas superiores de plantas mas ligeras, permitiendo que mas luz solar penetre en las hojas inferiores hambrientas de luz. El modelado por ordenador de la fotosintesis tambien muestra donde se producen los atascos, es decir, los pasos que ralentizan el proceso de abajo y reducen la eficiencia.

“El modelo informatico predice que modificando este sistema mediante la sobrestimulacion de algunos genes y el apagado de otros se podria lograr una mejora del 60 por ciento sin ningun recurso adicional”, apunta Long.

FUENTE: mundoagropecuario.com

universidadagricola.com

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