Mejoran el diseño de vegetales en un modelo informático

Investigadores de la Universidad de Illinois han "diseñado" una planta que resulta mejor en ciertos aspectos.

Produce más hojas y frutos sin necesidad de recibir fertilizante extra. Los investigadores lo consiguieron empleando un modelo digital que imita al proceso de la evolución. El suyo es el primer modelo que simula cada paso del proceso fotosintético.

En vegetales, algas, fitoplancton y algunas especies de bacterias y de arqueas, la fotosíntesis convierte la energía lumínica en energía química. En la fotosíntesis vegetal interviene un complejo conjunto de reacciones químicas que requiere numerosas enzimas y otros compuestos. La mayor parte de la fotosíntesis se lleva a cabo en las hojas de la planta.

La cuestión que deseaban explorar Steve Long, profesor de biología vegetal y ciencias de los cultivos en la citada universidad, y sus colegas en la investigación, era: ¿Podemos idear un diseño mejor que el de la planta, en términos de productividad?

No resultaba factible responder a esta pregunta mediante experimentos físicos sobre vegetales específicos. Con más de 100 proteínas involucradas en la fotosíntesis, poner a prueba las proteínas de una en una requeriría una enorme inversión de tiempo y de recursos. Probar todas las posibles combinaciones en una supercomputadora resultó el mejor enfoque.

Los investigadores primero construyeron un modelo fiable de la fotosíntesis, uno que pudiera imitar de manera precisa la respuesta fotosintética a diferentes cambios en el ambiente. El equipo probó y ajustó el modelo hasta que éste predijo con éxito el resultado de experimentos efectuados con hojas reales, incluyendo su respuesta dinámica a las variaciones medioambientales.

Antes de que una planta de cultivo, como por ejemplo el trigo, produzca grano, la mayor parte del nitrógeno que absorbe es empleado en la producción de las enzimas fotosintetizadoras en las hojas. Sabiendo que no es deseable añadir más nitrógeno a las plantas, los investigadores se hicieron una pregunta simple pero crucial: "¿Podemos hacer un mejor trabajo que la planta en la manera en que la cantidad del nitrógeno fijado es gestionada e invertida en las diferentes proteínas fotosintetizadoras?".

Empleando "algoritmos evolutivos", los cuales imitan a la evolución seleccionando los rasgos deseables, el modelo se lanzó a la búsqueda de las enzimas que, si se producían en mayor cantidad, podrían potenciar la productividad de las plantas. Si concentraciones más altas de una enzima respecto a las demás mejoraban la eficiencia fotosintética, el modelo empleaba los resultados de ese experimento como punto de partida para la siguiente generación de ensayos.

Este proceso identificó varias proteínas que podían, si estaban presentes en mayor concentración respecto a las demás, elevar de manera notable la productividad de la planta. Los nuevos resultados concuerdan con los obtenidos por otros investigadores, quienes encontraron que al elevar la concentración de una de estas proteínas en plantas transgénicas se elevaba la productividad.

Una pregunta obvia que surge de la investigación es el por qué las plantas no han evolucionado para ser tan eficientes como en teoría sí es posible.

"La respuesta puede estar en el hecho de que la evolución selecciona especies con arreglo a la supervivencia y la fecundidad, mientras que nosotros estábamos seleccionando especies sobre la base de la productividad", explica Long. Los cambios sugeridos en el modelo podrían sabotear la supervivencia de una planta que viva en condiciones silvestres, según reconoce este investigador, aunque los análisis que él y su equipo han realizado sugieren que la especie sí sería viable en campos agrícolas bajo el cuidado humano.

Fuente: Aqui.