Diseñan una estrategia para optimizar la fotosíntesis y la resistencia a patógenos en las plantas

Hace más de mil millones de años ocurrió un quiebre en la línea evolutiva: un huésped eucariota asimiló una cianobacteria ancestral, la cual evolucionó a lo que actualmente conocemos como cloroplastos. Este proceso llamado endosimbiosis es el responsable de la formación del precursor de las células fotosintéticas actuales, que en plantas son las encargadas de la fotosíntesis vegetal y de otros procesos vinculados a la productividad de los cultivos. A partir de ese momento, y a lo largo de la evolución, la mayoría de los genes de esa cianobacteria cautiva fueron transferidos al núcleo del genoma del hospedante eucariota. Tras esto, la comunicación cloroplastos- núcleo tomó un rol central en el proceso fotosintético y su coordinación con el medioambiente.

Basándose en ese vínculo, un equipo de investigación del CONICET, con participación de investigadores de la Universidad de Macquarie, Australia, logró diseñar una estrategia que permitiría aumentar el rendimiento fotosintético y la respuesta al estrés biótico de las plantas. La propuesta fue publicada recientemente en la revista Nature Communications.

Sucede que, como en toda “conversación”, la comunicación entre cloroplastos- núcleo puede tener fallas y equívocos. “En una hoja, por ejemplo, hay cloroplastos expuestos a diferentes niveles de espectro lumínico y/o a distintas intensidades de luz”, explica Nicolás Blanco, investigador del CONICET en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI, CONICET – UNR), en referencia a los cloroplastos que se ubican en el lado superior de la hoja y aquellos que se encuentran en las capas inferiores. “El núcleo integra señales y le envía una respuesta común a todos los cloroplastos que no siempre es la más eficiente para la fotosíntesis en cada cloroplasto en particular”, continúa el científico.

Así, con el objetivo de optimizar la fotosíntesis, el equipo de investigación propone “dar vuelta la evolución”. “La idea es relocalizar genes nucleares claves de vuelta en el genoma de los cloroplastos. De esta manera cada cloroplastos transgénico adquiere cierta independencia del núcleo para regular la fotosíntesis de acuerdo a su estado redox”, explica Blanco. Y agrega: “Le estamos dando a la planta la capacidad de que la fotosíntesis se adapte más rápida y eficientemente a condiciones ambientales extremas como las que nos impone el cambio climático”.

Más aún, la regulación y optimización del proceso fotosintético no es el único beneficio que se obtiene de este enfoque. La reubicación de genes, además, permitiría aumentar la resistencia genética a diferentes enfermedades. Según las y los investigadores, muchas de las infecciones que sufre la planta se basan en atacar proteínas que van al cloroplasto, pero se encuentran codificadas en el núcleo. Por esto, al igual que con la fotosíntesis el equipo propone trasladar los genes nucleares que codifican estas proteínas blanco de las infecciones de patógenos de vuelta a los cloroplastos, “es decir, escondérselas a los patógenos”, puntualiza Blanco.

A futuro, la investigación que comenzó con estudios en plantas de tabaco transgénicas podría trasladarse a cultivos comerciales como papa y tomate. Como se discute en las primeras páginas del artículo, los cloroplastos son responsables de muchos procesos que subyacen a la productividad de los cultivos, por lo tanto son objetivos principales para la ingeniería de rasgos agronómicos.