Las plantas evolucionaron durante millones de años hasta convertirse en un entorno que ha cambiado drásticamente en los últimos 150 años desde que comenzó la Revolución Industrial:los niveles de dióxido de carbono han aumentado un 50 por ciento, y la temperatura global promedio ha aumentado en casi 2 grados Fahrenheit. Si bien la adaptación natural no ha podido mantenerse al día, Los científicos han desarrollado herramientas para simular millones de años de evolución en días para ayudar a las plantas a adaptarse.

Publicado por el Revista de química biológica , los investigadores informan sobre una nueva estrategia de detección que les permitió identificar, por primera vez, una forma mucho más eficiente de la enzima Rubisco, que cataliza el primer paso de la fijación de dióxido de carbono en el camino hacia la creación de biomasa vegetal en la fotosíntesis.

"Aunque es la enzima más abundante y posiblemente la más importante de nuestra planta, Puede que Rubisco no haya sido el mejor momento de la evolución. Rubisco evolucionó cuando el oxígeno estaba ausente de la atmósfera, y como un resultado, no se vio obligado a aprender a diferenciar entre las moléculas de dióxido de carbono que sustentan la vida y las moléculas de oxígeno que crean un compuesto tóxico cuyo reciclado cuesta energía a la planta, "dijo Don Ort, Subdirector de Realización de una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), que apoyó este trabajo. Ort es fisiólogo de la Unidad de Investigación de Fotosíntesis del USDA / ARS y Profesor Robert Emerson de Biología Vegetal y Ciencias de Cultivos en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois.

"Hemos demostrado que podemos mejorar la eficiencia de Rubisco, su capacidad para diferenciar el dióxido de carbono del oxígeno, ese es el verdadero zumbido, "dijo el autor principal Spencer Whitney, profesor asociado de la Universidad Nacional de Australia. "Nuestra Rubisco es más rápida y tiene una mayor afinidad por el dióxido de carbono. En el pasado, esta determinación tomó alrededor de dos semanas, pero nuestro nuevo sistema de detección redujo ese tiempo a más de la mitad ".

Usando la evolución dirigida, a menudo descrito como evolución en un tubo de ensayo, el equipo probó 250, 000 Rubiscos mutantes de cianobacterias en E. coli bacterias diseñadas para que su supervivencia dependa de la eficiencia de la enzima. "Encontrar respuestas sobre cómo mejorar Rubisco es como buscar una aguja en un pajar, ", Dijo Whitney." La belleza de este sistema es que nos permite deshacernos de todos esos pedazos de heno ".

Dieciocho mutantes de Rubisco sobrevivieron a la pantalla, once de los cuales resultaron ser mucho más eficientes en la fijación de dióxido de carbono. Descubrieron que estas mutaciones están localizadas en un región previamente inexplorada de la cianobacteria Rubisco. Ahora esperan hacer ajustes similares para mejorar Rubisco en cultivos y aumentar su crecimiento y rendimiento.