El protector de las plantas: Cómo las plantas refuerzan sus membranas captadoras de luz contra el estrés ambiental
Un estudio internacional dirigido por el Helmholtz Zentrum München ha revelado la estructura de una proteína remodeladora de membranas que construye y mantiene las membranas fotosintéticas. Estos conocimientos fundamentales sientan las bases de los esfuerzos de bioingeniería para fortalecer las plantas contra el estrés ambiental, ayudando a sostener el suministro de alimentos humanos y a luchar contra el cambio climático.
Representación artística de la estructura anular de VIPP1 cubierta de exuberante vida vegetal, que representa el papel central de VIPP1 en la construcción y el mantenimiento de las membranas tilacoides fotosintéticas que permiten el crecimiento de las plantas. Este estudio aparece en la portada de Cell (8 de julio).
Verena Resch. © Helmholtz Zentrum München / Ben Engel
Las plantas, las algas y las cianobacterias realizan la fotosíntesis, utilizando la energía de la luz solar para producir el oxígeno y la energía bioquímica que impulsan la mayor parte de la vida en la Tierra. También absorben el dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera, contrarrestando la acumulación de este gas de efecto invernadero. Sin embargo, el cambio climático está exponiendo a los organismos fotosintéticos a un creciente estrés ambiental, lo que inhibe su crecimiento y, a largo plazo, pone en peligro el suministro de alimentos de la humanidad.
Los importantes primeros pasos de la fotosíntesis se realizan dentro de las membranas de los tilacoides, que contienen complejos de proteínas que recogen la luz solar. Desde hace décadas se sabe que la proteína VIPP1 (proteína inductora de vesículas en los plastos) es fundamental para la formación de las membranas de los tilacoides en casi todos los organismos fotosintéticos, desde las plantas de la tierra hasta las algas y cianobacterias del océano. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo VIPP1 realiza esta función esencial. En el último número de la revista Cell, un nuevo estudio realizado por un consorcio internacional de investigadores dirigido por Ben Engel, del Helmholtz Pioneer Campus del Helmholtz Zentrum München, revela con detalle molecular la estructura y el mecanismo de VIPP1.
Construir y proteger las membranas fotosintéticas
Los investigadores utilizaron la criomicroscopía electrónica para generar la primera estructura de alta resolución de VIPP1. La combinación de este análisis estructural con ensayos funcionales reveló cómo VIPP1 se ensambla en una capa de membrana entrelazada que da forma a las membranas de los tilacoides. El grupo de investigación también utilizó el enfoque de vanguardia de la tomografía crioelectrónica para obtener imágenes de las capas de VIPP1 en el entorno nativo de las células de las algas. Al utilizar la información estructural para realizar mutaciones específicas en VIPP1, los investigadores observaron que la interacción de VIPP1 con las membranas de los tilacoides es fundamental para mantener la integridad estructural de estas membranas bajo el estrés de la luz. "Nuestro estudio muestra cómo VIPP1 desempeña un papel central tanto en la biogénesis de los tilacoides como en su adaptación a los cambios ambientales", explica el primer autor, Tilak Kumar Gupta, del Instituto Max Planck de Bioquímica.
Este estudio sienta las bases para una comprensión mecánica de la biogénesis y el mantenimiento de los tilacoides. También ofrece nuevas oportunidades para diseñar plantas más resistentes a condiciones ambientales extremas. "Los conocimientos sobre los mecanismos moleculares que controlan la remodelación de los tilacoides son un paso importante para desarrollar cultivos que no sólo crezcan más rápido, tengan mayor rendimiento y sean más resistentes al estrés ambiental, sino que también absorban más CO₂ atmosférico para contrarrestar el cambio climático", afirma Ben Engel, director del estudio.
Investigación de un equipo internacional
Este estudio interdisciplinar ha reunido el talento de equipos de investigación de la Technische Universität Kaiserslautern (Michael Schroda), la Philipps-Universität Marburg (Jan Schuller), la Ludwig-Maximilians-Universität München (Jörg Nickelsen), la Okayama University de Japón (Wataru Sakamoto), la McGill University de Canadá (Mike Strauss), la Ruhr-Universität Bochum (Till Rudack), el Max Planck Institute of Biochemistry (Wolfgang Baumeister y Jürgen Plitzko) y el Helmholtz Zentrum München. "Nuestro estudio abarca mucho terreno nuevo utilizando una gran variedad de técnicas. Esto sólo ha sido posible gracias al enorme esfuerzo colectivo de los investigadores de nuestro consorcio internacional", afirma Ben Engel.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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