Hacia la mejora de la fotosíntesis en cultivos específicos
La fotosíntesis permite a las plantas convertir el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos empleando la energía lumínica. Un elemento clave en este proceso de fijación del carbono es una enzima llamada Rubisco, que evolucionó por primera vez hace 3 500 millones de años en bacterias fotosintéticas. Para fijar el carbono, muchas plantas de cultivo como el trigo, la cebada, el arroz, la soja y la patata emplean la Rubisco de una manera ineficiente a través de una ruta bioquímica conocida como fotosíntesis C3. Sin embargo, especies vegetales que han evolucionado más recientemente como el maíz han modificado su estructura foliar y bioquímica para concentrar de una manera más eficaz el dióxido de carbono en torno a la enzima Rubisco a través de una ruta conocida como fotosíntesis C4. En general, las plantas C4 representan aproximadamente el 50 % de todas las especies de gramíneas conocidas y el 3 % de todas las especies de plantas con flores, siendo además responsables del 40 % de la producción mundial de cereales. Pero, ¿qué pasaría si estos porcentajes pudieran incrementarse mediante la biotecnología verde? Si la fotorrespiración, un proceso que funciona en contra de la fotosíntesis, pudiera reducirse en los cultivos C3 o si los cultivos C3 pudieran modificarse para usar la fotosíntesis C4, se obtendrían grandes beneficios económicos y ambientales debido a que las plantas C4 requieren una menor cantidad de insumos por unidad de producción», comenta Richard Leegood, coordinador del proyecto 3TO4 y profesor de bioquímica vegetal en la Universidad de Sheffield. La fotosíntesis C4 implica una mayor eficacia en la fijación del carbono y un mejor uso del nitrógeno y del agua, sin embargo transferir estas características a las plantas C3 es un proceso muy complicado. «La eficacia de la fotosíntesis C4 está relacionada con alteraciones en el desarrollo, la biología celular y las características bioquímicas de las hojas de las plantas C4», explica el profesor Leegood. «Transferir estos rasgos a los cultivos C3 es una tarea ardua, pero incluso un éxito parcial a largo plazo conllevaría sin duda importantes beneficios económicos y ambientales». El proyecto 3TO4 ha estado sentado las bases para lograr este fin tratando de identificar las características fundamentales de la biología de las plantas C4. El objetivo último del equipo es emplear el mecanismo de la fotosíntesis C4 para reducir la tasa de fotorrespiración en plantas C3. «El trabajo propuesto se desarrolló en gran medida conforme a lo previsto», afirma el profesor Leegood. «Sin embargo, aunque se desarrollaron líneas de colza que eludían la fotorrespiración, las plantas transformadas no exhibieron un fenotipo lo suficientemente marcado como para justificar el amplio programa de trabajo propuesto originalmente», aclara el profesor Leegood. Para hacer frente a este contratiempo, el equipo redirigió su trabajo y se centró en el estudio de plantas intermedias C3-C4 como Moricandia arvensis, que está estrechamente emparentada con la colza y presenta un mecanismo natural de evasión de la fotorrespiración. Otro de los objetivos del proyecto era colaborar con el Proyecto Arroz C4 financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates. «El arroz C4 está llamado a incrementar la producción de alimentos en sus principales mercados en África y el sudeste de Asia, pero una vez que se haya alcanzado el desarrollo de un cultivo C4 (o cualquier otro cultivo con una fotorrespiración reducida), debería ser relativamente fácil aplicar la tecnología a otros cultivos, incluyendo cultivos C3 en Europa como el trigo», comenta el profesor Leegood. Aunque el proyecto ya ha finalizado, el trabajo continúa en los laboratorios de los socios en áreas como el desarrollo y la anatomía de las hojas de las plantas C4, el mecanismo de evasión de la fotorrespiración, la regulación postraduccional de proteínas C4, la función de factores de transcripción y la regulación de la expresión génica. Si todo va según lo previsto, el profesor Leegood cree que los cultivos C4 podrían convertirse en una realidad en quince o veinte años.
Palabras clave
3TO4, fotosíntesis, arroz C4, fotorrespiración, fijación del CO2, Rubisco, fotosíntesis C3, fotosíntesis C4
