Washington [US]2 de enero (ANI): Las plantas a menudo se cultivan con fines de investigación bajo una iluminación constante que no imita las condiciones naturales.
Investigadores del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular Vegetal de Potsdam-Golm (Alemania) y de la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.) descubrieron la importancia de dos proteínas clave para el control dinámico de la fotosíntesis en una serie de experimentos con cambio . Condiciones de iluminación, simulando la interacción natural de luces y sombras.
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Las plantas realizan la fotosíntesis para crecer. En el proceso, utilizan la energía de la luz solar, liberan oxígeno y producen carbohidratos, que son la principal fuente de alimento para todos los humanos y casi todos los animales de la Tierra. En condiciones naturales, la disponibilidad de luz puede cambiar rápidamente en muy poco tiempo. Uno de los principales motivos son las nubes, que dan luz y sombra a su paso por delante del sol. Las hojas y ramitas de las plantas también pueden proporcionar sombra temporalmente cuando son movidas por el viento. Las plantas no pueden moverse de la sombra al sol cuando la luz es limitada y, por el contrario, no pueden evadir del sol a la sombra cuando están expuestas a demasiada luz solar. Deben responder a las condiciones cambiantes de luz de otras maneras.
Al igual que para los humanos, demasiada luz solar es mala para las plantas. En particular, el cambio rápido entre luz tenue e intensa es problemático. Al igual que la retina, las plantas usan partículas en sus hojas para capturar partículas de luz. Cuando la luz es baja, estas trampas de luz son muy efectivas para capturar la mayor cantidad de luz posible. Si las condiciones de luz cambian repentinamente, es posible que llegue demasiada energía luminosa a la planta. Esta energía puede sobrecargar o dañar el delicado aparato fotosintético dentro de las células vegetales. En consecuencia, las plantas tienen que adaptar constantemente su actividad fotosintética a sus condiciones ambientales para obtener la máxima producción de luz, por un lado, pero evitar ser dañadas por demasiada luz, por otro lado.
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Hasta ahora, las plantas se han cultivado en invernaderos y laboratorios casi exclusivamente bajo condiciones de iluminación constante y uniforme. Por lo tanto, nuestra comprensión de cómo funciona la adaptación a las condiciones cambiantes de luz es muy limitada. En el peor de los casos, esto puede llevar a que las plantas crezcan bien en laboratorios e invernaderos, pero de repente tengan un rendimiento mucho peor de lo esperado cuando se cultivan en el campo.
Regulación de la fotosíntesis bajo condiciones de luz cambiantes
Los investigadores Ute Armbruster del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Potsdam-Golm y David Kramer de la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad Estatal de Michigan (EE. UU.) examinaron Arabidopsis thaliana para su estudio. Las plantas se cultivaron en una variedad de condiciones que incluyen luz fija, variable y natural. El estudio se centró en dos proteínas de transporte de iones llamadas VCCN1 y KEA3 que desempeñan un papel clave en el ajuste dinámico del rendimiento de la fotosíntesis. Se sabe por estudios anteriores que VCCN1 activa la protección solar si la luz de repente se vuelve demasiado fuerte. Cuando la intensidad de la luz cae, una segunda proteína, KEA3, descompone rápidamente este protector solar para que la planta pueda captar más luz nuevamente. Sin embargo, las proteínas VCCN1 y KEA3 no se examinaron en condiciones de luz realistas.
Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque innovador para medir la fotosíntesis en combinación con el uso específico de knockouts genéticos: plantas cuyos genes para VCCN1 y KEA3 están desactivados. Demostraron que las actividades de las proteínas VCCN1 y KEA3 dependían de las condiciones de luz en las que se originaron las plantas. Siguiendo las sugerencias de la jefa del Grupo de infraestructura de cultivo de plantas, la Dra. Karen Cole, los investigadores se centraron en dos factores de luz relacionados con el crecimiento en el análisis y pudieron demostrar que tanto la cantidad de luz que recibe una planta como la frecuencia de las fluctuaciones de luz tienen un fuerte efecto sobre la función de los transportadores de iones. La función protectora de VCCN1 solo es significativa en plantas previamente cultivadas con poca luz. Por otro lado, el KEA3 que elimina la protección, se mostró activo incluso en periodos de alta luminosidad cuando las plantas crecieron en condiciones de alta intensidad lumínica.
La protección solar también depende del grado de fluctuaciones de luz a las que están expuestas las plantas. Cuando las condiciones de luz cambian drásticamente, las plantas producen el pigmento naranja zeaxantina, que también participa en la protección solar. La producción de este protector solar también es inhibida por KEA3 en condiciones de mucha luz. «Nuestro estudio muestra que no debemos observar de forma aislada el efecto de la luz de crecimiento y las respuestas rápidas a las fluctuaciones de la luz», dijo la autora principal del estudio, Thekla von Bismarck, y agregó: «La integración de múltiples escalas de tiempo y niveles de metabolismo en un número cada vez mayor de manera compleja presentará un gran desafío en el futuro para la investigación de cultivos, lo que proporcionará ideas clave para mejorar el rendimiento de los cultivos en esta área «. (Al-Ani)
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