El equipo utilizó la supercomputadora Titan de ORNL para comparar los genomas de Kalanchoë fedtschenkoi (fila de atrás) y Phalaenopsis equestris , orquídea (primera fila), al igual que Ananas comosus , o piña. Crédito:Jason Richards / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía han identificado un conjunto común de genes que permiten que diferentes plantas resistentes a la sequía sobrevivan en condiciones semiáridas. que podría desempeñar un papel importante en la bioingeniería y la creación de cultivos energéticos tolerantes a los déficits hídricos.
Las plantas prosperan en las tierras secas manteniendo sus estomas, o poros, cerrar durante el día para conservar agua y abrir durante la noche para recoger dióxido de carbono. Esta forma de fotosíntesis, conocido como metabolismo del ácido crasuláceo o CAM, ha evolucionado durante millones de años, Construyendo características de ahorro de agua en plantas tales como Kalanchoë , orquídea y piña.
"CAM es un mecanismo probado para aumentar la eficiencia del uso del agua en las plantas, "El coautor de ORNL, Xiaohan Yang, dijo." A medida que revelamos los componentes básicos que componen la fotosíntesis CAM, Podremos realizar una bioingeniería de los procesos metabólicos de cultivos con alto contenido de agua como el arroz, trigo, soja y álamo para acelerar su adaptación a entornos con escasez de agua ".
Los científicos están estudiando una variedad de plantas resistentes a la sequía para descubrir el misterio de la fotosíntesis CAM. Por este trabajo, el equipo dirigido por ORNL secuenció el genoma de Kalanchoë fedtschenkoi , un modelo emergente para la investigación de la genómica CAM debido a su genoma relativamente pequeño y su facilidad para la modificación genética.
El equipo investigó y comparó los genomas de K. fedtschenkoi , Phalaenopsis equestris (orquídea) y Ananas comosus (piña) usando la supercomputadora Titan de ORNL.
"Está ampliamente aceptado que algunas plantas no relacionadas exhiben características similares en condiciones ambientales similares, un proceso conocido como evolución convergente, "Dijo Yang.
Un equipo de investigación dirigido por ORNL identificó 60 genes que exhibieron una evolución convergente en especies de metabolismo ácido de crasuláceos, incluyendo una nueva variante de una enzima 'trabajadora' crítica para la eficiencia del uso del agua de las plantas CAM. Representando al equipo son, desde la izquierda, Degao Liu, Rongbin Hu, Xiaohan Yang, Robert C. Mosely y Kaitlin J. Palla. Crédito:Jason Richards / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
Identificaron 60 genes que exhibieron evolución convergente en especies CAM, incluyendo cambios convergentes de expresión génica diurna y nocturna en 54 genes, así como la convergencia de la secuencia de proteínas en seis genes. En particular, el equipo descubrió una nueva variante de fosfoenolpiruvato carboxilasa, o PEPC. PEPC es una importante enzima "trabajadora" responsable de la fijación nocturna de dióxido de carbono en ácido málico. Luego, el ácido málico se convierte nuevamente en dióxido de carbono para la fotosíntesis durante el día.
"Estos cambios convergentes en la expresión génica y las secuencias de proteínas podrían introducirse en plantas que dependen de la fotosíntesis tradicional". acelerar su evolución para ser más eficientes en el uso del agua, ", dijo Yang. El equipo publicó sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .
Xiaohan Yang de ORNL dirigió un equipo que identificó un conjunto común de genes que permiten que diferentes plantas resistentes a la sequía sobrevivan en condiciones semiáridas. Este hallazgo podría desempeñar un papel importante en la bioingeniería de cultivos energéticos tolerantes a los déficits hídricos. Crédito:Jason Richards / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
Uso inteligente del agua
La producción de cultivos es el mayor consumidor mundial de agua dulce. La disponibilidad de recursos hídricos limpios se está reduciendo debido a la urbanización, el crecimiento de la población humana y los cambios en el clima, lo que presenta un desafío para entornos de cultivo óptimos.
Para abordar esta preocupación, La ingeniería de la fotosíntesis de CAM en cultivos alimentarios y energéticos podría reducir el uso de agua en la agricultura y aumentar la resiliencia de los cultivos cuando el suministro de agua es menos de lo deseable.
"El estudio del genoma de las plantas que consumen menos agua también puede proporcionar información sobre la capacidad de una planta para utilizar agua ligeramente salina y mantener el crecimiento a temperaturas más altas y menor disponibilidad de agua limpia, "dijo Jerry Tuskan, coautor y director ejecutivo del Centro de Innovación en Bioenergía liderado por ORNL. "Si podemos identificar los mecanismos para la eficiencia en el uso del agua, podríamos trasladar este rasgo a plantas agronómicas, suministrar agua no potable para riego a esas plantas y guardar el agua limpia para beber ".
