Plantas podem aumentar o rendimento de sua fotossíntese a partir de modificações genéticas

Pesquisadores deram, recentemente, um importante passo. Eles alteraram a fotossíntese de plantas geneticamente modificadas a partir de enzimas de cianobactérias que aceleram o processo de conversão de gás carbônico em açúcares.

Os resultados, publicados na revista Nature, superam um obstáculo difícil no aumento do rendimento das plantas – algo bastante discutido nos dias atuais em razão de uma possível escassez de alimentos no futuro devido ao crescimento descontrolado da população humana.

“Junto à habilidade limitada de aumentar o uso de terras para a agricultura, há também o interesse de melhorar o rendimento das culturas”, diz Steven Gutteridge, um pesquisador da empresa DuPont, Newark, Delaware.

Pesquisadores, há muito tempo, querem aumentar a eficiência das culturas a partir da enzima ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase oxigenase (Rubisco), responsável pela conversão de dióxido de carbono em açúcar. A Rubisco é, possivelmente, a proteína mais abundante do planeta e pode constituir até metade dos compostos proteicos encontrados em uma folha.

Mas uma razão para a sua abundância é, em certa parte, sua ineficiência, pois as plantas produzem-na tanto que ela não é totalmente utilizada. Pesquisadores acreditam que aumentar a concentração de Rubisco em uma planta, bem como a quantidade de gás carbônico ao redor dela, pode aumentar a eficiência de produção em até 60% em plantas como arroz e trigo.

A geneticista de plantas Maureen Hanson, da Universidade de Cornell, Ithaca, Nova Iorque, e seus colaboradores decidiram produzir uma Rubisco com ação mais rápida a partir da cianobactéria Synechococcus elongatus.

Um time incluindo Hanson e o fisiologista de plantas Martin Parry, do Instituto de Pesquisa Rothamsted, Harpenden, Reino Unido, introduziram os genes da Rubisco da bactéria no genoma de um cloroplasto – responsável pela fotossíntese – na planta do tabaco (Nicotiana tabacum), usada frequentemente em pesquisas de engenharia genética. Em algumas das plantas, os pesquisadores também adicionaram proteínas bacterianas responsáveis por ajudar na função da Rubisco.

As duas linhas de plantas de tabaco foram capazes de usar a Rubisco para a fotossíntese e ambas converteram o CO2 em açúcar de forma mais rápida que a planta normal faria.

O trabalho fornece um importante fundamento para testar a hipótese de que a Rubisco pode promover uma planta mais produtiva, diz Donald Ort, biólogo de plantas da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign.

Embora a Rubisco bacteriana aja mais rapidamente que a enzima do tabaco, ela, em consequência, pode desperdiçar mais energia, pois pode reagir com O2 ao invés de CO2. A bactéria fotossintética lida com esse problema com estruturas chamadas de carboxissomos, que criam um ambiente rico em CO2, anulando o risco de reações indesejáveis com o O2.

Sem os carboxissomos, as plantas de Hanson talvez só cresçam em ambientes artificiais que mantenham alta taxas de concentração de gás carbônico.

Há esperança, entretanto, que, em breve, esse requisito seja superado. Em Junho de 2014, a equipe de Hanson relatou a criação de um tabaco que pode gerar estruturas semelhantes aos carboxissomos das bactérias. O próximo passo, diz Hanson, será reproduzir esse experimento em plantas que consigam expressar uma Rubisco mais poderosa.

Ort, otimista, diz que talvez seja possível gerar plantas de tabaco com carboxissomos funcionais nos próximos cinco anos.

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