Trazando un camino a través de la fotosíntesis hacia la seguridad alimentaria
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La reseña, publicada en Cell, fue coescrita por los profesores de biología vegetal Stephen Long, Amy Marshall-Colon y Lisa Ainsworth. Junto al profesor de ingeniería química y biomolecular, Diwakar Shukla y colegas de ocho instituciones asociadas, evaluaron estrategias biológicas para mejorar la eficiencia de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas convierten la luz solar en azúcar en las plantas de cultivo.
Una década #
Una planta capaz de captar más luz solar puede producir una mayor cantidad de alimento o combustible. En una revisión escrita diez años atrás, Long, Marshall-Colon y el investigador principal de la Academia China de Ciencias, Xin-Guang Zhu, describieron la promesa de centrarse en la fotosíntesis para desarrollar plantas de cultivos de mayor rendimiento e identificaron posibles vías de mejora. La presente revisión examina los avances logrados en cada uno y vuelve a enfatizar el valor de este enfoque de investigación.
“El ritmo al que hemos adquirido conocimiento en la última década ha sido increíble”, dijo Ainsworth. “Al analizar todos los desafíos que rodean a la agricultura… La fotosíntesis tiene el potencial de abordarlas. El ritmo del progreso en la investigación se ha acelerado en la última década y estamos preparados para un crecimiento exponencial en la comprensión de la fotosíntesis en la próxima década”.
¿Por qué centrarse en la fotosíntesis? #
Este proceso, en el que la energía solar es capturada por la clorofila en las plantas y utilizada para convertir dióxido de carbono y agua en azúcar y oxígeno, es fundamental para la vida vegetal en la Tierra. La fotosíntesis es la fuente última de las calorías que consumimos. Pero a pesar de su papel central en la vida vegetal, la fotosíntesis es como tantos otros sistemas complejos que la evolución construyó de forma puntual y no está optimizada para el entorno actual.
“Lo emocionante de este artículo es que muchos de los cambios propuestos o las intervenciones propuestas para la fotosíntesis se han implementado en cultivos y probados en el campo. Muchos han mostrado potencial para mejorar el aumento y el rendimiento diario de carbono fotosintético”, dijo Ainsworth. “La revisión también señala diferentes estrategias que aún no se han probado o no se han realizado, la próxima frontera. Hablamos de las herramientas que necesitamos para alcanzar la siguiente frontera”.
La revisión examina el estado de múltiples soluciones a este desafío. Las soluciones incluyen el uso de un proceso evolutivo dirigido por laboratorio para desarrollar un Rubisco menos propenso a errores; induciendo a las plantas a producir más de la enzima para maximizar su rendimiento; lo que provoca que las plantas formen estructuras celulares o tisulares que ayudan a concentrar dióxido de carbono alrededor de Rubisco para bloquear moléculas de oxígeno competidoras; y la introducción de vías sintéticas para evitar las costosas estrategias de fotorrespiración y así mantener a Rubisco activo bajo una gama más amplia de condiciones ambientales.
Los avances en todas estas áreas se han producido más rápido de lo que los coautores predijeron originalmente, gracias en parte a las nuevas tecnologías.
“Los modelos dinámicos de proteínas ahora nos ayudan a comprender mejor las interacciones proteicas y la imagen avanzada nos permite visualizar el espacio aéreo intercelular de las hojas, proporcionando información novedosa”, explicó Ainsworth.
La publicación sirve tanto como reflejo de lo que ya se ha logrado como un llamamiento a la acción. En ambas capacidades, también ha llegado a representar un legado. Tanto Long como Marshall-Colon fallecieron a principios de este año. Para Long, en particular, era importante reenfocar a la comunidad investigadora en el alcance y el posible impacto de mejorar la eficiencia fotosintética en la causa de alimentar al mundo.
Cita #
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El estudio Feeding from the sun—Successes and prospects in bioengineering photosynthesis for food security (Alimentación solar: éxitos y perspectivas en la bioingeniería de la fotosíntesis para la seguridad alimentaria) fue publicado en la revista Cell. Autores: Stephen P. Long, Yu Wang, Elizabete Carmo-Silva, Amanda P. Cavanagh, Martin C. Jonikas, Johannes Kromdijk, Benedict M. Long, Amy Marshall-Colon, Diwakar Shukla, Robert H. Wilson, Xin-Guang Zhu & Elizabeth A. Ainsworth.
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El artículo Tracing a path through photosynthesis to food security con la firma de Claudia Lutz fue publicado en el sitio web del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign