Investigadoras rosarinas descubren una clave de la fotosíntesis que podría ayudar a desarrollar cultivos más resistentes
Clarisa Alvarez y Verónica Maurino encabezaron un equipo internacional que identificó pequeños cambios en una enzima fundamental para la fotosíntesis del maíz y el sorgo. El avance abre nuevas líneas de investigación para desarrollar, a futuro, plantas capaces de responder mejor al calor, la falta de agua y otras condiciones ambientales adversas.
Un descubrimiento liderado por científicas argentinas permitió avanzar en la comprensión de uno de los mecanismos que hace que cultivos como el maíz, el sorgo y la caña de azúcar sean particularmente eficientes a la hora de realizar la fotosíntesis.
Las investigadoras rosarinas Clarisa Alvarez y Verónica Maurino encabezaron un equipo internacional que logró identificar pequeños cambios estructurales en una enzima vinculada al llamado metabolismo C4, un mecanismo desarrollado durante la evolución por determinadas plantas y que les permite aprovechar con mayor eficiencia el dióxido de carbono disponible en el ambiente.
Esta característica resulta especialmente importante en condiciones de altas temperaturas, elevada radiación solar o menor disponibilidad de agua, escenarios que adquieren cada vez mayor relevancia frente al cambio climático y al aumento de los eventos de estrés ambiental que afectan a la producción agrícola.
Una clave escondida en pequeñas diferencias
Alvarez, investigadora del CONICET en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos de Rosario, y Maurino, científica argentina que trabaja en la Universidad de Bonn, en Alemania, estudiaron en profundidad una enzima conocida como NADP-ME.
Esta proteína cumple un papel importante en la concentración de dióxido de carbono alrededor de la RuBisCO, una de las enzimas centrales de la fotosíntesis y responsable de incorporar ese gas para transformarlo en compuestos que la planta utiliza para crecer.
El objetivo fue entender por qué algunas variantes de esa enzima participan directamente de la fotosíntesis C4 y otras, aunque son muy similares, cumplen funciones metabólicas distintas.
Para explicarlo de manera sencilla, Alvarez utilizó una comparación deportiva: las proteínas analizadas se parecen entre sí como una pelota de fútbol y una de básquet. “Para hacer una analogía con el deporte, sería como comparar una pelota de fútbol con una de básquet: ambas son pelotas y tienen características generales muy similares, pero pequeñas diferencias en su estructura hacen que estén especialmente adaptadas a funciones distintas. No sería lo mismo pedirle a Messi que juegue al fútbol con una pelota de básquet o a Ginóbili que intente encestar con una de fútbol”
Un acelerador de partículas para mirar una proteína átomo por átomo
Para descubrir esas diferencias, el equipo utilizó distintas herramientas científicas, entre ellas la cristalografía, una técnica que permite obtener imágenes de las proteínas con una resolución extremadamente alta y reconstruir cómo están organizados sus átomos.
Parte de los experimentos se realizaron en un sincrotrón de Hamburgo, Alemania, un acelerador de partículas de más de dos kilómetros de circunferencia. Allí, mediante difracción de rayos X, los investigadores pudieron reconstruir la estructura tridimensional de las proteínas. El trabajo se completó con análisis bioquímicos, microscopía electrónica y simulaciones computacionales.
Los científicos determinaron que modificaciones muy pequeñas en determinados aminoácidos cambian la manera en que estas enzimas se organizan y funcionan. Esa diferencia estructural sería una de las claves que permitió que algunas variantes adquirieran un papel especializado dentro de la fotosíntesis C4.
¿Puede este hallazgo ayudar a crear cultivos más resistentes?
Los investigadores remarcan que el descubrimiento no significa que hoy pueda transformarse directamente una planta como el trigo, el arroz o el tomate en una planta C4.
Sin embargo, comprender cuáles son las reglas moleculares que hicieron posible esa evolución abre una puerta relevante para el futuro.
El conocimiento podría utilizarse en investigaciones de ingeniería y edición génica destinadas a modificar determinados componentes de la fotosíntesis y buscar plantas capaces de aprovechar mejor el dióxido de carbono o responder con mayor eficiencia frente a situaciones de estrés.
“Identificar las reglas moleculares que determinan la adquisición y optimización de estas funciones permitiría diseñar estrategias para mejorar componentes de la fotosíntesis y aumentar la tolerancia de los cultivos frente a condiciones ambientales adversas”, explicó Alvarez.
Ciencia argentina ante uno de los desafíos del cambio climático
La importancia del trabajo también está ligada a un dato evolutivo: la fotosíntesis C4 apareció de manera independiente al menos 65 veces en distintos linajes de plantas, una señal de la ventaja adaptativa que representa este mecanismo.
En un escenario atravesado por temperaturas más elevadas, sequías y eventos climáticos extremos, comprender cómo algunas plantas lograron desarrollar mecanismos más eficientes podría convertirse en una herramienta estratégica para la producción de alimentos.
Los resultados de la investigación fueron publicados en las revistas científicas Molecular Biology and Evolution y The Plant Journal, y uno de los trabajos llegó incluso a convertirse en portada de esta última publicación.
El estudio reunió científicos de Argentina, Alemania y otros centros internacionales, con participación de investigadores del CONICET, la Universidad Nacional de Rosario, la Fundación Instituto Leloir y la Universidad Nacional del Sur, entre otras instituciones.
