Bioinformática e ingeniería genética para “hackear” la fotosíntesis
La informática de alto rendimiento y la ingeniería genética para aumentar la eficiencia fotosintética de las plantas ofrecen la esperanza de aumentar los rendimientos agrícolas. Un estudio lo considera ineludible para alimentar a un planeta que se espera que tenga nueve mil 500 millones de personas en 2050, según revela un equipo de investigadores.
Nunca ha habido un mejor momento para probar esto, afirma el profesor de Biología de las Plantas de la Universidad de Illinois, Estados Unidos, Stephen P. Long, quien escribió el informe que se publica en la revista 'Cell' con colegas de Illinois y del Instituto Socio CAS-MPG de Biología Computacional en Shanghai, China.
"Ahora conocemos cada paso en los procesos que impulsan la fotosíntesis en las plantas de cultivo C3 como la soja y plantas C4 como el maíz --resalta Long--. Tenemos recursos computacionales sin precedentes que permiten modelizar cada etapa de la fotosíntesis y determinar dónde están los cuellos de botella y los avances de la ingeniería genética que nos ayudarán a aumentar o eludir esas medidas que impiden la eficiencia".
Ya se han realizado progresos sustanciales en el laboratorio y en modelos informáticos de la fotosíntesis, según Long. "Nuestro laboratorio y otros han puesto un gen de cianobacterias en las plantas de cultivo y han observado que aumenta la tasa de fotosíntesis en un 30 por ciento", detalla.
Los microbios fotosintéticos ofrecen otras pistas para mejorar la fotosíntesis en las plantas, informan los investigadores. Por ejemplo, algunas bacterias y algas contienen pigmentos que utilizan más del espectro solar que los pigmentos de las plantas. Si se añade a las plantas, los pigmentos podrían reforzar el acceso de las plantas de energía solar.
Algunos científicos están tratando de diseñar la fotosíntesis C4 en las plantas C3, pero esto supone alterar la anatomía de las plantas, cambiando la expresión de muchos genes e incluyendo nuevos genes de plantas C4, explica Long.
"Otro enfoque, posiblemente más simple es agregar el cloroplasto C3, el sistema utilizado por las algas azul-verde", añade. Esto aumentaría la actividad de Rubisco, una enzima que cataliza un paso vital de la conversión de dióxido de carbono atmosférico en biomasa vegetal. Los modelos informáticos sugieren que la aplicación de este sistema aumentaría la fotosíntesis hasta en un 60 por ciento, concreta Long.
Análisis informáticos de la forma en la que la planta intercepta la luz solar han revelado otras maneras de mejorar la fotosíntesis. Muchas plantas atrapan demasiada luz en sus hojas más 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 Biología Vegetal I. Donald Ort buscan hacer las hojas superiores de plantas más ligeras, permitiendo que más luz solar penetre en las hojas inferiores hambrientas de luz. El modelado por ordenador de la fotosíntesis también muestra donde se producen los atascos, es decir, los pasos que ralentizan el proceso de abajo y reducen la eficiencia.
"El modelo informático predice que modificando este sistema mediante la sobrestimulación de algunos genes y el apagado de otros se podría lograr una mejora del 60 por ciento sin ningún recurso adicional", apunta Long.
