¿Agua o tierra? Totalmente indiferente — las plantas realizan la fotosíntesis independientemente de su origen de manera uniforme

Imagen microscópica de un cloroplasto, donde tiene lugar la fotosíntesis. (Foto: Dr. Alexander Hertle, MPI para la Fisiología Molecular de las Plantas)

Profesor titular Dr. Felix Willmund (Foto: TUK)

Las plantas realizan la fotosíntesis y así establecen la base para la mayor parte de la vida en la Tierra. Investigadores de Kaiserslautern y Potsdam han examinado si la producción de las proteínas de la fotosíntesis difiere entre plantas terrestres y algas. Para ello, estudiaron la traducción; el proceso mediante el cual la información genética se convierte en proteínas. Descubrieron que en todas las plantas se producen las mismas cantidades de proteínas para este proceso, aunque con diferentes estrategias. El resultado muestra cuán importantes son estas proteínas para las plantas, independientemente del hábitat. Los hallazgos del estudio pueden ayudar a hacer que los cultivos sean más resistentes al cambio climático. El trabajo ha sido publicado en la revista especializada "Nature Plants".

En la fotosíntesis, las plantas producen carbohidratos a partir de CO2 utilizando energía luminosa. Además, liberan oxígeno. Este proceso bioquímicamente complejo tiene lugar en los cloroplastos; pequeños orgánulos verdes que poseen su propio material genético. "También contienen los genes de las proteínas involucradas en la fotosíntesis", dice el profesor asistente Dr. Felix Willmund del departamento de Genética de Eucariotas en la Universidad Tecnológica de Kaiserslautern.

Para "convertir" esta información genética en proteínas, primero se crea una copia del material genético, el ARN (ácido ribonucleico). "La copia funciona como un plano de construcción, con cuya ayuda los ribosomas, grandes complejos moleculares, ensamblan las proteínas a partir de aminoácidos individuales", explica el autor principal Dr. Raphael Trösch, quien investiga en el grupo de Willmund en el campus de Kaiserslautern. Este proceso también se llama traducción.

En el estudio actual, Trösch y Willmund, junto con colegas del Dr. Reimo Zoschke del Instituto Max-Planck de Fisiología Vegetal Molecular (MPI-MP) en Potsdam-Golm, investigaron si existen diferencias en estos procesos moleculares entre plantas terrestres y algas que están muy alejadas evolutivamente. Compararon estos procesos en una alga verde, la planta de tabaco y la mostaza de campo utilizando un método nuevo. Este método se llama perfilado de ribosomas. Con esta técnica, los investigadores observan el ARN y los ribosomas presentes durante la traducción. Como una huella dactilar, los ribosomas dejan rastros en el ARN, lo que permite a los científicos crear una imagen característica que muestra qué proteínas se producen y en qué cantidad. Lo especial de esto: "Con esta técnica, obtenemos una visión general de toda la traducción, pero también podemos examinar detalles más específicos", dice Zoschke, quien lidera el grupo de regulación de la traducción en plantas en el MPI-MP.

"En las tres especies de plantas, hemos descubierto que en la traducción se producen las mismas cantidades de proteínas que desempeñan un papel en la fotosíntesis", explica Zoschke. Sin embargo, los investigadores también encontraron que existen diferencias en los procesos moleculares que ocurren antes y durante la traducción. "A pesar de ello, las diferentes plantas han desarrollado mecanismos a lo largo de la evolución para producir en la traducción los mismos componentes de la fotosíntesis en cantidades iguales", afirma Willmund. "Esto demuestra la importancia central de estas moléculas".

Los trabajos se llevaron a cabo en el marco del programa de investigación especial (SFB Transregio TRR175) "El Centro Verde – El cloroplasto como centro de aclimatación en las plantas". Este programa ha sido financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) desde 2016. Equipos de investigación de Berlín, Potsdam-Golm, Múnich y Kaiserslautern investigan cómo las plantas logran adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.

Los resultados del estudio actual también muestran que las plantas, con diferentes estrategias, logran repetidamente un proceso de fotosíntesis muy similar, a pesar de las distintas condiciones de vida. Por ello, es importante investigar estos procesos fundamentales para entender mejor qué mecanismos utilizan las plantas, por ejemplo, para resistir influencias ambientales como cambios extremos de temperatura o luz. En el futuro, este conocimiento ayudará a hacer que los cultivos sean más resistentes al cambio climático.

El estudio ha sido publicado en la prestigiosa revista "Nature Plants": "Similitudes y diferencias en la traducción del cloroplasto en una alga verde y plantas terrestres" DOI: 10.1038/s41477-018-0211-0