Un equipo dirigido por biólogos de plantas actuales y anteriores de Carnegie ha llevado a cabo el estudio genómico funcional más grande jamás realizado de un organismo fotosintético. Su trabajo, publicado en Nature Genetics , podría informar estrategias para mejorar los rendimientos agrícolas y mitigar el cambio climático.

La fotosíntesis es el proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y ciertas bacterias pueden convertir la energía solar en energía química en forma de carbohidratos.

"Es la base sobre la cual la vida tal como la conocemos puede existir", dijo Arthur Grossman de Carnegie, coautor del artículo. "Hace que nuestra atmósfera sea rica en oxígeno mientras captura un porcentaje de los gases de efecto invernadero que causan el cambio climático, principalmente CO₂ , que son arrojados a la atmósfera por la actividad humana, y es el pilar de nuestro suministro de alimentos".

Sin embargo, a pesar de su importancia fundamental, muchos de los genes asociados con la fotosíntesis siguen sin caracterizarse. Afortunadamente, las algas presentan un vehículo accesible para dilucidar la información genética que sustenta este proceso vital.

Un catálogo de mutantes del alga verde fotosintética unicelular Chlamydomonas reinhardtii que fue iniciado por Martin Jonikas de la Universidad de Princeton durante su mandato como asociado del personal de Carnegie permitió a un equipo colaborativo de científicos de plantas comenzar a comprender las funciones de miles de genes que están presentes. en organismos fotosintéticos.

Chlamydomonas representa un grupo de algas fotosintéticas que se encuentran en todo el mundo en agua dulce y salada, suelos húmedos e incluso en la superficie de la nieve. Crecen fácilmente en el laboratorio, incluso en la oscuridad si se les dan los nutrientes adecuados. Esto convierte a Chlamydomonas en una excelente herramienta de investigación para los biólogos de plantas, especialmente para aquellos interesados ​​en la genética del aparato fotosintético, así como en muchos otros aspectos de la bioquímica de las plantas, como las respuestas a la luz y al estrés.

"Comenzamos con una colección de 58 000 mutantes de Chlamydomonas y los expusimos a una gran variedad de condiciones y factores químicos estresantes", explicó Jonikas. "Cuantificar el crecimiento de un mutante individual nos permitió ver qué genes contribuyen al éxito en cada entorno y comenzar a vincular muchos de estos genes con rasgos adaptativos".

Este estudio representó el 78 % de los genes de Chlamydomonas (casi 14 000), lo que proporcionó un marco para priorizar qué genes son buenos candidatos para futuras investigaciones y permitió a los científicos comenzar a formular hipótesis sobre las posibles funciones de genes poco conocidos en organismos fotosintéticos.

"Anticipamos que nuestro trabajo guiará la caracterización funcional de los genes en todo el árbol de la vida", dijo Grossman.

"Estamos muy contentos de ver cómo los recursos generados por los científicos de Carnegie están habilitando a la comunidad de investigación y haciendo avanzar el campo a una escala tan amplia", agregó Zhiyong Wang, director interino del Departamento de Biología Vegetal de Carnegie.

El conocimiento obtenido de esta investigación podría sustentar estrategias para mejorar los rendimientos de cultivos importantes de alimentos y biocombustibles en un mundo que se calienta, así como programas para capturar y almacenar la contaminación de carbono de la atmósfera.