Un Rubisco más rápido con potencial para aumentar la fotosíntesis en los cultivos

Área de la Ciencia:

• La biotecnología vegetal y la biotecnología vegetal.
• Investigación de fotosíntesis Investigación de fotosíntesis.
• Ingeniería de enzimas Ingeniería de enzimas Ingeniería de enzimas

Sus antecedentes:

• La D-ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco) es crucial para la asimilación del CO2, pero sufre de una actividad ineficiente de la oxigenasa y una rotación lenta.
• Mejorar la eficiencia de Rubisco es un objetivo clave para mejorar la eficiencia fotosintética en las plantas vasculares.
• La introducción de mecanismos de concentración de CO2 (CCM) cianobacterianos en las plantas podría aumentar el rendimiento de los cultivos, pero el complejo ensamblaje de Rubisco ha obstaculizado los intentos anteriores.

Objetivo del estudio:

• Diseñar tabaco transplastómico con Rubisco cianobacteriano funcional para mejorar la eficiencia fotosintética.
• Para investigar el ensamblaje y la función de Synechococcus elongatus PCC7942 (Se7942) Rubisco en los cloroplastos del tabaco.
• Evaluar el potencial de estas plantas de ingeniería como una plataforma para la futura introducción de componentes CCM.

Principales métodos:

• Generó líneas de tabaco transplastómicas eliminando el gen nativo de la gran subunidad de Rubisco.
• Se inserta Se7942 Rubisco genes de subunidades grandes y pequeñas, junto con la chaperona RbcX o la proteína CcmM35.
• Analizó la formación de complejos macromoleculares y evaluó la competencia fotosintética y las tasas de fijación de CO2.

Principales resultados:

• Se han producido con éxito líneas de tabaco transplastómicas que expresan Se7942 Rubisco funcional dentro del estroma del cloroplasto.
• Se observó la formación de complejos que se asemejan a los β-carboxisomas de cianobacterias, que involucran a Se7942 Rubisco y CcmM35.
• Demostró que las líneas de tabaco de ingeniería eran fotosintéticamente competentes, apoyaban el crecimiento autotrófico y exhibieron mayores tasas de fijación de CO2 por unidad de Rubisco.

Conclusiones:

• La expresión transplastómica del Rubisco cianobacteriano funcional es alcanzable en el tabaco.
• El Rubisco diseñado y las proteínas asociadas forman complejos funcionales, mejorando la eficiencia de la fijación de CO2.
• Estas líneas sirven como una base crucial para introducir el CCM cianobacteriano completo para mejorar la fotosíntesis de las plantas y la productividad de los cultivos.