Dos científicas rosarinas descubrieron los cambios moleculares que permiten a cultivos como el maíz, el sorgo y la caña de azúcar utilizar el dióxido de carbono con mayor eficiencia durante la fotosíntesis. El hallazgo, publicado en dos estudios complementarios, abre la puerta a mejorar la respuesta de otros cultivos frente a condiciones ambientales adversas.
El trabajo fue liderado por Clarisa Alvarez, del Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI) dependiente del CONICET y la Universidad Nacional de Rosario, y Verónica Maurino, investigadora de la Universidad de Bonn, Alemania. Los resultados aparecieron en Molecular Biology and Evolution y en la portada de The Plant Journal, según informó Bichos de Campo.
La investigación se centró en una enzima llamada málica dependiente de NADP+ (NADP-ME), que participa en el mecanismo fotosintético conocido como C4. Este mecanismo permite concentrar dióxido de carbono alrededor de la enzima RuBisCO, responsable de convertirlo en compuestos orgánicos necesarios para el crecimiento.
Qué cambia en la estructura de la enzima
El equipo comparó distintas versiones de la proteína y estudió su estructura a escala molecular mediante cristalografía y difracción de rayos X en una estación sincrotrón de Hamburgo. Encontraron que modificaciones muy pequeñas en determinados aminoácidos ubicados en las regiones terminales de la enzima son suficientes para estabilizar arquitecturas diferentes.
Las versiones que no intervienen en la fotosíntesis se organizan en estructuras de dos subunidades, mientras que la variante propia de la fotosíntesis C4 se ensambla en cuatro. Ese cambio modifica las propiedades regulatorias y funcionales de la enzima, permitiéndole integrarse al mecanismo que concentra dióxido de carbono.
Por qué importa para la agricultura
Las plantas C4, como maíz, sorgo y caña de azúcar, tienen mayor capacidad para aprovechar el dióxido de carbono bajo condiciones de alta temperatura, elevada radiación o menor disponibilidad de agua. Reducen las pérdidas asociadas a la reacción de RuBisCO con el oxígeno, un proceso que desperdicia energía en cultivos C3 como trigo, arroz o tomate.
Según explicó Alvarez a Bichos de Campo, conocer las reglas moleculares que permiten a estas enzimas adquirir esas características podría abrir estrategias de ingeniería y edición génica para modificar componentes de la fotosíntesis de plantas C3. La fotosíntesis C4 evolucionó de manera independiente al menos 65 veces en 19 linajes de plantas, lo que muestra su ventaja adaptativa.
En el estudio también participaron científicos del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario, del Instituto de Física del Sur y de universidades alemanas y británicas. Sebastián Klinke, investigador del CONICET y de la Fundación Instituto Leloir, colaboró en la interpretación computacional de los datos obtenidos mediante cristalografía.