Los científicos han desarrollado una técnica de edición del genoma del cloroplasto que mejora significativamente la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas al introducir cambios precisos en la enzima Rubisco, que es una proteína clave pero relativamente ineficiente involucrada en la fijación de carbono de las plantas. La investigación, publicada enComunicaciones de la naturaleza, demostró que las ediciones específicas aumentaron el rendimiento fotosintético, la producción de biomasa y la eficiencia en el uso-del agua en la planta modelo.Arabidopsis thaliana. Estos hallazgos resaltanuna vía potencial para desarrollar cultivos más productivos en condiciones climáticas futuras.
Al emplear tecnología de edición de bases de cloroplasto-, los investigadores introdujeron sustituciones de aminoácidos únicos en la subunidad grande de Rubisco sin incorporar ADN extraño al genoma de la planta. Dos mutaciones específicas, M309I y D397N, mejoraron la actividad catalítica de la enzima, permitiendo a las plantas asimilar más carbono bajo las elevadas concentraciones de dióxido de carbono atmosférico actuales y proyectadas. Las plantas editadas mostraron un mayor tamaño de brotes y raíces, mayor área foliar y mayor rendimiento de semillas, manteniendo al mismo tiempo un contenido normal de Rubisco y clorofila.
Estos hallazgos abordan un desafío de larga data en la biotecnología vegetal. Aunque Rubisco es fundamental para la fotosíntesis, su tasa catalítica relativamente lenta ha limitado la productividad de los cultivos durante décadas. Los intentos anteriores de rediseñar o reemplazar la enzima a menudo interrumpieron su ensamblaje o redujeron el crecimiento de las plantas. Por el contrario, este estudio demuestra que pequeñas modificaciones específicas del gen Rubisco existente pueden mejorar su rendimiento y al mismo tiempo preservar el desarrollo normal de la planta.
Los investigadores también observaron que las plantas modificadas lograron una mayor eficiencia en el uso intrínseco del agua-, ya que la fotosíntesis aumentó sin necesidad de una mayor apertura estomática. La microscopía crio-electrónica reveló que las mutaciones alteraron la flexibilidad de las regiones que rodean el sitio activo de Rubisco, ofreciendo nuevos conocimientos sobre cómo los cambios estructurales sutiles pueden mejorar la función enzimática.
Los autores del estudio señalan que las posiciones de los aminoácidos objetivo están altamente conservadas en muchos cultivos agrícolas, lo que indica que este enfoque podría ser ampliamente aplicable más allá deArabidopsis. A medida que las concentraciones de CO₂ atmosférico continúan aumentando, las variantes de Rubisco con tasas catalíticas más rápidas pueden permitir que los cultivos mantengan la productividad mientras usan el agua de manera más eficiente en condiciones de crecimiento cada vez más desafiantes.
Debido a que el proceso de edición de cloroplastos no deja ADN extraño en las plantas finales después del mejoramiento, los investigadores sugieren que esta tecnología podría eludir ciertas barreras regulatorias asociadas con los cultivos genéticamente modificados convencionales en países que reconocen plantas-editadas genéticamente y libres de transgenes-bajo marcos emergentes no-OGM.
