En la búsqueda por aumentar la productividad de los cultivos, los científicos de la Lograr una mayor eficiencia fotosintética El proyecto RIPE se centró en la Rubisco, una de las enzimas más abundantes de la Tierra. La Rubisco desempeña un papel vital en la fotosíntesis, pero obtener una medición precisa puede ser complicado. En el capítulo del libro publicado recientemente, investigadores de la Universidad de Lancaster presentan un nuevo método para medir la Rubisco que puede proporcionar resultados más consistentes.
El capítulo, Determinación radiométrica del estado y cantidad de activación de la Rubisco en hojas, es parte del último volumen de Métodos en enzimologíay proporciona un protocolo para el uso de ensayos radiométricos para medir el estado y la cantidad de activación de la Rubisco en las hojas de las plantas. El texto pretende ser una guía sólida y práctica para quienes se inician en la bioquímica vegetal y desean trabajar con la Rubisco. Ofrece un esquema detallado de procedimientos que puede adaptarse a diversas especies vegetales, lo que lo convierte en un recurso versátil para laboratorios de todo el mundo.
“Hemos llevado a cabo estudios previos "Utilizan la absorbancia de la luz para determinar la actividad de la Rubisco, pero se ha demostrado que subestiman su actividad", afirmó Caty Ashton, autora principal del capítulo y técnica superior en bioquímica de RIPE en Lancaster. "El uso de métodos radiométricos suele ofrecer resultados más fiables gracias al seguimiento directo de la actividad de la Rubisco, mientras que los métodos alternativos funcionan mediante el seguimiento de reacciones secundarias".
La Rubisco es la proteína presente en los cloroplastos de las plantas que inicia la fijación del dióxido de carbono atmosférico en azúcares (nutriente vegetal). Si bien es esencial para el crecimiento vegetal, presenta varias ineficiencias que limitan la tasa de fotosíntesis y representan un obstáculo para la productividad de los cultivos. Según Ashton, los métodos anteriores para medir la actividad de la Rubisco, como la medición de la absorbancia de la luz, a menudo no logran capturar datos con la misma precisión que los que se pueden obtener mediante el análisis radiométrico. El análisis radiométrico implica el uso de isótopos radiactivos para observar procesos como la absorción de nutrientes, la actividad enzimática y, en este caso, la actividad de la Rubisco en diversas condiciones. Este es el mejor método para la actividad de la Rubisco porque permite medir directamente la incorporación de CO.2 en azúcar, mientras que otras técnicas de medición se basan en un par de reacciones diferentes para evaluar indirectamente la tasa de CO2 asimilación.
“La actividad de la Rubisco cambia muy rápidamente en respuesta a los cambios de intensidad de la luz, por lo que si las muestras se encuentran a la sombra durante su recolección, los resultados del ensayo serán engañosos”, dijo Ashton. “Las fluctuaciones en la intensidad de la luz pueden provocar que los niveles de actividad de la Rubisco disminuyan en segundos, por lo que preferimos usar un sistema de muestreo especializado con un equipo de iluminación, diseñado para simular la luz solar constante en una cámara controlada. Sin embargo, como explicamos en el capítulo del libro, un muestreo cuidadoso de las plantas puede permitir obtener resultados consistentes”.
En el capítulo, los autores del laboratorio Carmo-Silva ofrecen buenas prácticas para la recolección de muestras. Por ejemplo, exponer las muestras de hojas a una luz estable y luego congelarlas en nitrógeno líquido elimina la variabilidad causada por los cambios de luz que ocurren hasta 45 minutos antes del muestreo. Esto permite a los científicos comprender con mayor precisión la actividad de la Rubisco y su respuesta a variables distintas a la luz.
La investigación que respalda este trabajo es parte de RIPE, un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de manera más eficiente con el apoyo de Innovaciones agrícolas de Gates.
La investigación del equipo tiene implicaciones directas para la mejora de cultivos, en particular para cultivos como el caupí, un cultivo básico en muchas partes del mundo y un objetivo del proyecto RIPE. Al revelar cómo las diferentes condiciones ambientales afectan a la Rubisco, el método radiométrico podría orientar los programas de mejoramiento y las prácticas agrícolas, ayudando a los agricultores a seleccionar variedades de cultivos más adaptadas a sus entornos.
"Espero que nuestro capítulo del libro pueda ser utilizado por otros investigadores para permitir una mayor comprensión de la función de la Rubisco en las plantas, que es uno de los objetivos clave para mejorar la eficiencia de la fotosíntesis y, por lo tanto, el rendimiento de los cultivos", dijo Ashton.
Ashton recomienda lo siguiente como lectura adicional para aquellos interesados en aprender sobre otros estudios relevantes realizados sobre Rubisco:
- Amaral, J., Lobo, AK, Carmo-Silva, E. y Orr, DJ (2024). Purificación de rubisco a partir de hojas. Fotosíntesis: métodos y protocolos (págs. 417–426). Nueva York, Nueva York: Springer EE. UU. Ventas, CRG, Silva, A. y Carmo-Silva, E. (2020). https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-3790-6_22
- Protocolos de Sales et al. (2020) Actividad de la Rubisco: desafíos y oportunidades de los ensayos basados en placas de microtitulación ligadas a NADH y 14C. Protocols.io. https://doi.org/10.17504/protocols.io.bf8djrs6.
- Taylor, SH, Gonzalez-Escobar, E., Page, R., Parry, MA, Long, SP, y Carmo-Silva, E. (2022). La desactivación de la Rubisco a la sombra, más rápida de lo esperado, reduce el potencial fotosintético del caupí en condiciones de luz variables. Nature Plants, 8(2), 118-124. https://doi.org/10.1038/s41477-021-01068-9
Lea el capítulo del libro:
Ashton, CJ, Page, R., Lobo, AK, Amaral, J., Siqueira, JA, Orr, DJ y Carmo-Silva, E. (2024). Determinación radiométrica del estado de activación de rubisco y cantidad en hojas. Métodos en enzimología, 708, 323-351. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2024.10.018.
Esta publicación fue escrita por David Hong, estudiante de último año de la Universidad de Illinois.
