Les permite absorber un espectro más completo de luz y lograr un mejor crecimiento
Los científicos han descubierto el gen que permite a las algas marinas producir un tipo único de clorofila. Implantaron con éxito este gen en una planta terrestre, allanando el camino para obtener mejores rendimientos en menos tierra.
Encontrar el gen resuelve un antiguo misterio entre los científicos sobre las vías moleculares que permiten a las algas fabricar esta clorofila y sobrevivir.
"Las algas marinas producen la mitad de todo el oxígeno que respiramos, incluso más que las plantas terrestres. Y alimentan enormes redes alimentarias, peces que son devorados por mamíferos y humanos", dijo Tingting Xiangdijo Tingting Xiang, profesora asistente de bioingeniería de la Universidad de California Riverside y autora principal del estudio. "A pesar de su importancia global, hasta ahora no entendíamos la base genética para la supervivencia de las algas".
El estudio también documenta otro logro único en su tipo: demostrar que una planta terrestre podría producir clorofila marina. Para este experimento se utilizaron plantas de tabaco, pero en teoría, cualquier planta terrestre puede incorporar el gen de las algas marinas, lo que les permite absorber un espectro más completo de luz y lograr un mejor crecimiento.
Imagen derecha: Biosíntesis de clorofila c en un dinoflagelado y producción heteróloga en planta.
La clorofila es un pigmento que permite la fotosíntesis, el proceso de convertir la luz en "alimento" o energía química. Las plantas producen clorofila a y b, mientras que la mayoría de las algas marinas y algas marinas producen c, lo que les permite absorber la luz azul verdosa que llega al agua.
"Las clorofilas b y c absorben luz en diferentes longitudes de onda", dijo Xiang. "El océano absorbe la luz roja, por eso parece azul. La clorofila c evolucionó para capturar la luz azul verdosa que penetra más profundamente en el agua".
Una aplicación adicional de esta investigación podría ser la producción de biocombustibles a base de algas. Hay algunas especies de algas que producen clorofilas a o b como las plantas terrestres, en lugar de c. Imbuir a esas algas con el gen para producir clorofila c también podría mejorar su capacidad para utilizar más luz y aumentar su crecimiento, creando más materia prima para los combustibles.
Imagen derecha: Nicotiana benthamiana o plantas de tabaco, utilizadas en una prueba para determinar si podían expresar genes marinos de clorofila c. Crédito: Robert Jinkerson/Tingting Xiang/UCR
Inicialmente, los investigadores se propusieron conocer una especie de alga que vive en los corales. Estas algas fabrican azúcares y los comparten con sus huéspedes coralinos. "Cada colonia de coral tiene miles de pólipos, y su color marrón se debe a las algas. Siempre que se ve un coral blanqueado, se debe a la pérdida de las algas", dijo Xiang.
Interesados en cómo la capacidad de las algas para realizar la fotosíntesis afectaría al coral, los investigadores trabajaron con algas mutantes como experimento. Estos raros mutantes eran de color más amarillo que sus parientes marrones y no podían realizar la fotosíntesis. Descubrieron, inesperadamente, que en los corales, estas algas mutantes todavía podían vivir y crecer porque el coral les da sustento para crecer.
Quiso la suerte que, mediante el uso de secuenciación de ADN de próxima generación y una gran cantidad de análisis de datos, los investigadores también pudieron utilizar los mutantes para descubrir el gen responsable de la producción de clorofila c. "Descubrir el gen de la clorofila c no fue el objetivo inicial de nuestro trabajo. Creamos los mutantes por otra razón, pero supongo que simplemente tuvimos suerte", dijo Xiang.
Con nuevos conocimientos sobre la base genética para la producción de clorofila c, los investigadores tienen la esperanza de que el trabajo pueda ayudar a detener la marea de blanqueamiento de corales que se observa en todo el mundo. Además, existen aplicaciones terrestres que podrían ayudar a las personas a adaptarse al cambio climático.
"La identificación de la vía biosintética de la clorofila c es más que una curiosidad científica; es un potencial punto de inflexión para la energía sostenible y la seguridad alimentaria", dijo Robert Jinkerson, profesor de ingeniería química de la UCR y coautor del estudio.
"Al descubrir los secretos de este pigmento clave, no sólo estamos obteniendo información sobre el elemento vital de los ecosistemas marinos, sino que también estamos abriendo un camino hacia el desarrollo de cultivos más robustos y biocombustibles eficientes", dijo Jinkerson.
El estudio ha sido publicado en Current Biology: Biosynthesis of chlorophyll c in a dinoflagellate and heterologous production in planta
