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Ingeniería de cultivos resistentes a la sequía con fotosíntesis CAM que ahorra agua


Los investigadores estudian los efectos de la introducción de crasuláceos que ahorran agua ácido la fotosíntesis del metabolismo (CAM), que utilizan las plantas que pueden prosperar en condiciones áridas, en plantas C3 cultivadas en climas templados.

ASPB se complace en anunciar la publicación de una investigación notable que investiga alternativas de ahorro de agua para la fotosíntesis en ambientes templados, que probablemente se volverán más calientes y secos en el futuro.

La sequía causa importantes pérdidas de cultivos en muchas regiones del mundo, y el cambio climático amenaza con exacerbar la aparición de sequías en las regiones templadas y áridas. En nuevo trabajo publicado en La célula vegetal, La Dra. Nadine Töpfer del Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo, junto con colegas del Universidad de Oxford en el Reino Unido, analizó el potencial de ingeniería de plantas resistentes a la sequía mediante la introducción del metabolismo del ácido crasuláceo (CAM). Utilizaron un enfoque de modelado matemático sofisticado para estudiar los efectos de la introducción de la fotosíntesis CAM, que utilizan las plantas que pueden prosperar en condiciones áridas, en plantas C3, que tienden a prosperar solo en áreas donde la intensidad de la luz solar y las temperaturas son moderadas y agua. es abundante.

Dra. Nadine Töpfer



Dra. Nadine Töpfer, primera autora del artículo de investigación. Crédito: George Ratcliffe

La mayoría de las plantas, incluidos algunos cultivos importantes como el arroz, el trigo, la avena y la cebada, utilizan la fijación de carbono C3, en la que el CO2 absorbido durante el día a través de los poros estomáticos de la hoja se utiliza inmediatamente en reacciones de fotosíntesis impulsadas por la luz. Desafortunadamente, esto conduce a una pérdida significativa de agua a través de estos poros en condiciones cálidas y secas. CAM es una vía alternativa de fijación de carbono que separa temporalmente la absorción de CO2 de la fijación de carbono, lo que permite a la planta abrir los estomas para la absorción de CO2 en el fresco de la noche y almacenar el carbono internamente. Luego, la planta CAM cierra sus estomas durante el calor del día para minimizar la pérdida de agua y libera el CO2 almacenado dentro de las células de la hoja para usarlo en la fotosíntesis impulsada por la luz durante el día.

Usando simulaciones en un rango de condiciones de temperatura y humedad relativa, los autores preguntaron: ¿Sería más productivo el CAM completo o los métodos alternativos de ahorro de agua en entornos donde normalmente se cultivan cultivos C3? Descubrieron que la capacidad de almacenamiento vacuolar en una hoja es un factor importante que limita la eficiencia del uso del agua durante la CAM y que las condiciones ambientales dan forma a la ocurrencia de diferentes fases del ciclo CAM. El modelado matemático también identificó un ciclo CAM alternativo que involucra la isocitrato deshidrogenasa mitocondrial como un contribuyente potencial a la fijación inicial de carbono por la noche.

La autora principal, Nadine Töpfer, quien realizó el trabajo durante el mandato de una beca posdoctoral Marie-Curie en el grupo del profesor Lee Sweetlove en Oxford, dijo: “El modelado es una herramienta poderosa para explorar sistemas complejos y proporciona información que puede orientar el laboratorio y el campo. trabajo basado. Creo que nuestros resultados brindarán aliento e ideas para los investigadores que pretenden transferir el rasgo de conservación de agua de las plantas CAM a otras especies “.

Sus resultados revelaron no solo que el potencial de ahorro de agua de la fotosíntesis CAM depende en gran medida del medio ambiente, siendo el entorno diurno más importante que el de la noche, sino también que los modos metabólicos alternativos, distintos de los del ciclo CAM natural, pueden ser beneficioso en determinadas condiciones, como durante los días más cortos con temperaturas menos extremas. Este trabajo oportuno proporciona información valiosa que nos ayudará a prepararnos para los desafíos de cultivar alimentos en ambientes templados cada vez más cálidos y secos.

Referencia: “Los modos CAM alternativos proporcionan beneficios de ahorro de agua específicos del medio ambiente en un modelo metabólico de hojas” por Nadine Töpfer, Thomas Braam, Sanu Shameer, R. George Ratcliffe, Lee J. Sweetlove, 22 de octubre de 2020, Célula vegetal.
DOI: 10.1105 / tpc.20.00132

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