Un nuevo estudio muestra un paso clave hacia la mejora de la fotosíntesis y el aumento de los rendimientos al colocar elementos de cianobacterias en las plantas de cultivo.

Se sabe que las algas verdiazules (cianobacterias) realizan la fotosíntesis de manera más eficiente que la mayoría de los cultivos, por lo que los investigadores están trabajando para poner elementos de las cianobacterias en las plantas de cultivo.

El estudio, dirigido por la Universidad de Cornell, describe un paso significativo hacia el logro de ese objetivo. "La ausencia de anhidrasa carbónica en los cloroplastos afecta el desarrollo de la planta C3 pero no la fotosíntesis".

Cuando las plantas realizan la fotosíntesis, convierten el dióxido de carbono, el agua y la luz en oxígeno y sacarosa, un azúcar que se utiliza para producir energía y para construir nuevos tejidos. Durante este proceso, Rubisco, una enzima que se encuentra en todas las plantas, toma carbono inorgánico del aire y lo "fija" o lo convierte en una forma orgánica que la planta utiliza para construir tejidos.

Un obstáculo para mejorar la fotosíntesis en los cultivos es que Rubisco reacciona tanto con el dióxido de carbono como con el oxígeno en el aire; la última reacción crea subproductos tóxicos, ralentiza la fotosíntesis y, por lo tanto, reduce los rendimientos. Pero en las cianobacterias, la Rubisco está contenida dentro de microcompartimentos llamados carboxisomas que protegen el Rubisco del oxígeno.

"El carboxisoma además permite que las cianobacterias concentren dióxido de carbono para que Rubisco pueda usarlo para una fijación de carbono más rápida, dijo Maureen Hanson, profesora de biología molecular vegetal,  autora principal del artículo.

"Las plantas de cultivo no tienen carboxisomas, por lo que la idea es eventualmente instalar todo el mecanismo de concentración de carbono de las cianobacterias en las plantas de cultivo", agregó.

Para diseñar este sistema para que funcione en plantas de cultivo, los científicos deben eliminar la anhidrasa carbónica, una enzima natural, de los cloroplastos, orgánulos en las células vegetales donde ocurre la fotosíntesis.

"Así que en este estudio", dijo Hanson, "hicimos ese paso [de eliminar la anhidrasa] que será necesario para que el carboxisoma funcione".

En el artículo, los autores describen el uso de la tecnología de edición de genes CRISPR / Cas9 para desactivar genes que expresan dos enzimas anhidrasa carbónica que están presentes en los cloroplastos.

"Ahora sabemos que podemos producir una enzima inactiva que no afectará nuestro mecanismo de concentración de carbono, pero permitirá que las plantas de cultivo sean resistentes a los virus", dijo Hanson.