Los científicos de la Universidad de Purdue, Natalia Dudareva y Joseph Lynch, han estado buscando una forma de aumentar la producción de fenilalanina de una planta, un compuesto importante para la supervivencia de las plantas y utilizado por los humanos en sabores, fragancias biocombustibles, insecticidas y productos farmacéuticos. Su trabajo condujo al descubrimiento el año pasado de una vía metabólica previamente desconocida que pensaron que podría diseñarse para permitir que las plantas produzcan más fenilalanina que por sí mismas.

Una modificación genética que debería haber aumentado la producción de fenilalanina condujo a una reducción inesperada del compuesto. Este revés sin embargo, iluminó una conexión oculta entre la biosíntesis de fenilalanina y la hormona vegetal auxina, que tiene implicaciones no solo para el metabolismo de los aminoácidos, sino también nuestra comprensión del crecimiento y el desarrollo.

"Durante muchos años, no sabíamos cómo se regulaban e interconectaban las fluctuaciones a través de estas vías con las hormonas vegetales y otros compuestos, "dijo Dudareva, un distinguido profesor de bioquímica y miembro del Centro de Biología Vegetal de Purdue, cuyos hallazgos fueron publicados en Biología química de la naturaleza . "Encontramos una conversación cruzada con auxina, lo que puede explicar por qué las plantas no utilizan esta segunda vía y crean mayores cantidades de fenilalanina ".

Las plantas usan fenilalanina como componentes básicos para que los compuestos atraigan a los polinizadores, para la defensa, reproducción, Crecimiento y desarrollo. Si bien es suficiente para esos fines, las cantidades son pequeñas para usos humanos.

La producción de fenilalanina ocurre principalmente en plastidios, los pequeños orgánulos como los cloroplastos. Pero Dudareva, Linchar, que es un científico investigador de Purdue, y el estudiante de posgrado Yichun Qian descubrió que las plantas también pueden producir fenilalanina en el citoplasma y pueden producir grandes cantidades allí.

Los científicos cultivaron petunias hasta la madurez, y luego indujo la producción de una enzima que aumentaría la producción de fenilalanina en el citosol.

"Funcionó de maravilla. Conseguimos un aumento de tres veces en la síntesis de fenilalanina, "Dijo Lynch.

Luego integraron un gen en el genoma de la petunia que aumentaría la producción de la misma enzima, que debería haber arrojado resultados similares. En lugar de, la producción de fenilalanina aumentó ligeramente en el citosol, pero se redujo significativamente en los plastidios. Eso condujo a una disminución general de la producción de fenilalanina.

Eso es porque tanto la fenilalanina como la auxina, una hormona vegetal necesaria para el crecimiento de las plantas, Puede utilizar un compuesto llamado fenilpiruvato como sustrato para la biosíntesis. Al producir más fenilalanina en el citosol, el fenilpiruvato aumentó en ese compartimento y creó más auxina.

Las variaciones leves en las hormonas vegetales pueden causar importantes problemas de desarrollo. En este caso, el aumento de auxina condujo a la producción de menos plastidios y una caída en la producción de fenilalanina.

"Nuestra estrategia para crear más fenilalanina no funcionará. Llegamos a un callejón sin salida debido al cruce inesperado con la auxina, ", Dijo Lynch." Continuaremos tratando de aumentar la fenilalanina, pero trabajaremos a través de la vía de los plástidos y trataremos de superar los cuellos de botella que limitan la producción allí ".

Dudareva dijo que los hallazgos no solo muestran cómo se vinculan la fenilalanina y la auxina, pero ofrezca una sugerencia sobre por qué las plantas tienen la vía citosólica menos utilizada.

Es probable que las plantas produzcan suficiente fenilalanina a través de la vía de los plástidos estrictamente regulada y no produzcan más para no alterar el equilibrio de las auxinas. Pero cuando una planta se lesiona y necesita más fenilalanina para defenderse o curarse, la vía citosólica puede ponerse en marcha para proporcionar lo que se necesita.

"Parece que las plantas utilizan la vía como primera respuesta al estrés o al daño, "Es importante saber esto", dijo Dudareva, porque inicialmente no estaba claro si las plantas usaban esta vía para la biosíntesis de fenilalanina ".