CO₂ enfrenta barreras a medida que avanza a través de la hoja, incluidas sus propias paredes celulares. Los investigadores del Long Lab descubrieron que al aumentar la permeabilidad y reducir ligeramente el grosor de las paredes celulares, podían aumentar el CO₂ difusión y absorción en un cultivo modelo.

"Esta es una de las pocas pruebas conceptuales exitosas que muestran que podemos diseñar un aumento en la conductancia del mesófilo y lograr que esto dé como resultado una mayor fotosíntesis en el campo", dijo Coralie Salesse-Smith, investigadora postdoctoral en Long Lab y autora principal de un artículo sobre la investigación, publicado en el Plant Biotechnology Journal .

"La teoría nos muestra que se puede lograr aumentar la conductancia del mesófilo para aumentar la fotosíntesis sin el costo de más agua. Esto es importante considerando la necesidad urgente de aumentar la producción de cultivos y el uso sostenible del agua".

La fotosíntesis es el proceso natural que utilizan todas las plantas para convertir la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en energía y rendimiento. CO₂ El viaje de hasta convertirse en azúcar (energía) útil para la planta comienza cuando pasa a través de pequeños agujeros en las hojas conocidos como estomas.

Para que el CO₂ Para llegar al cloroplasto (donde se convierte en azúcar), debe atravesar varias barreras, incluida la pared celular. El equipo planteó la hipótesis de que si pudieran mejorar las emisiones de CO₂ La difusión a través de la pared celular al hacer que estas barreras sean más fáciles de cruzar, mejoraría la conductancia del mesófilo y, a su vez, la eficiencia fotosintética. El aumento de la conductancia del mesófilo significa que se libera más CO₂. estará disponible para que la planta se convierta en alimento.

Un artículo anterior de los colegas de Salesse-Smith, Realizando una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), mostró que las paredes celulares más delgadas están asociadas con una mayor conductancia del mesófilo. Esto sugiere que disminuir intencionalmente el espesor de las paredes podría cambiar la facilidad con la que el CO₂ se mueve a través de las hojas, aumentando potencialmente la fotosíntesis. Inspirándose en este artículo, Salesse-Smith quiso probar esta idea en una planta modelo.

Después de una revisión de la literatura, Salesse-Smith centró su atención en sobreexpresar o aumentar la cantidad de CGR3, un gen que se ha demostrado que altera los componentes de la pared celular. Este gen se insertó en una especie de tabaco y se cultivó junto con plantas sin el gen en una prueba de campo durante la temporada de crecimiento de 2022. El tabaco se utilizó como planta modelo porque es más fácil trabajar con él en el laboratorio y en el campo, y también porque permitió a los investigadores probar la genética a un ritmo más rápido que con un cultivo alimentario.

"Era muy importante centrarse en la pared celular porque es uno de los principales componentes que limitan la conductancia del mesófilo. Disminuir su espesor y hacerla más permeable facilitaría la entrada de CO₂ para llegar al sitio de fijación de carbono", afirmó Salesse-Smith, investigador postdoctoral de RIPE en el Long Lab de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

"Al sobreexpresar el gen objetivo, pudimos disminuir el grosor de la pared celular y aumentar su permeabilidad, lo que, como planteamos la hipótesis, terminó aumentando la conductancia del mesófilo y, a su vez, la fotosíntesis".

RIPE, liderado por Illinois, está diseñando cultivos para que sean más productivos mejorando la fotosíntesis, el proceso natural que utilizan todas las plantas para convertir la luz solar en energía.

Las plantas que sobreexpresan el gen CGR3 mostraron una disminución en el espesor de la pared celular del 7 al 13% y un aumento en la porosidad del 75% en comparación con las plantas sin este gen añadido. El equipo logró su objetivo de realizar cambios en la pared celular, pero la verdadera medida del éxito fue cuando los datos también mostraron un aumento del 8 % en la fotosíntesis en el campo.

"Esperábamos que esta modificación permitiera producir más CO₂ entrar en el cloroplasto y usarse para crear energía en forma de azúcar, y eso es lo que sucedió, pero sólo porque funcionó en un cultivo modelo no significa que se obtengan los mismos resultados con un cultivo alimentario", dijo Salesse- Herrero.

"Es importante probar lo que sucede en la soja para ver si se lograrán las mismas mejoras en la conductancia del mesófilo y la fotosíntesis, y si eso conduce a mejoras en el rendimiento".

Armado con estos resultados, el equipo está trabajando para probar esta modificación en la soja, para ver si se puede obtener una mayor fotosíntesis, eficiencia en el uso del agua y rendimiento en un cultivo alimentario. Las pruebas de campo de soja podrían realizarse ya en la temporada de crecimiento de 2025.