Un nuevo estudio colaborativo liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG) de Barcelona y el Instituto de Biología Molecular y Celular Vegetal (IBMCP) de Valencia describe una estrategia prometedora para mejorar la Beneficios nutricionales de los cultivos.
El trabajo, publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), propone la transformación controlada de cloroplastos (orgánulos que realizan la fotosíntesis en las hojas) en cromoplastos (orgánulos especializados en producir y almacenar grandes cantidades de carotenoides). Libre de sustancias nocivas para el medio ambiente, esta tecnología abre nuevas perspectivas para la mejora nutricional (biofortificación) de los cultivos y para la producción sostenible de carotenoides de interés para las industrias cosmética, farmacéutica y alimentaria.
Los carotenoides son un grupo de pigmentos naturales en las plantas que protegen las hojas del exceso de luz y confieren colores de amarillo a rojo a las flores y frutos para atraer a los animales a polinizarlos y dispersar sus semillas. Ejemplos bien conocidos son el betacaroteno de las zanahorias y el licopeno de los tomates. Los seres humanos y los animales necesitan ingerir estos nutrientes en la dieta como fuente de vitamina A y antioxidantes mediante el consumo de frutas, verduras y verduras. Aunque los cloroplastos de los tejidos verdes contienen carotenoides, la concentración más alta de estos compuestos se produce en orgánulos celulares llamados cromoplastos, que se forman a partir de cloroplastos en flores y frutos. Esta transformación es responsable del cambio de color durante la maduración de frutas y verduras como tomates, que van del verde (cuando solo tienen cloroplastos) al rojo (cuando los cloroplastos se transforman en cromoplastos). Sin embargo, los cloroplastos de las hojas generalmente no se transforman en cromoplastos.
“No se conoce en detalle cómo funciona la transformación de cloroplastos en cromoplastos, pero ahora han descubierto que el punto de partida es debilitar la capacidad de los cloroplastos para realizar la fotosíntesis”, explica Briardo Llorente, primer autor y colíder del trabajo. . Después de esta etapa, solo es necesario activar la producción de carotenoides para completar esta compleja transformación ”, dice Llorente, quien actualmente dirige un laboratorio de biología sintética en la Universidad Macquarie de Sydney (Australia).
Las dos fases de este proceso ocurren de forma natural en flores y frutos, y el trabajo que ahora se publica muestra que también se pueden inducir en las hojas estimulando la producción de fitoeno, el compuesto a partir del cual se forman los diferentes tipos de carotenoides. La producción de fitoeno provoca una transformación sintética, es decir, una transformación antinatural de los cloroplastos en cromoplastos. "Nuestras pruebas muestran por primera vez que cuando el nivel de fitoeno supera un cierto umbral, debilita la capacidad fotosintética.que caracteriza a los cloroplastos de hojas. Posteriormente, la conversión de este fitoeno en carotenoides provoca que los cloroplastos debilitados se transformen en cromoplastos con niveles muy elevados de estos nutrientes saludables”, apunta Manuel Rodríguez-Concepción, investigador del CSIC del CRAG y colíder del estudio.
Además de ayudar a resolver una cuestión fundamental en biología, mostrando que la pérdida de la capacidad fotosintética y la síntesis de carotenoides no solo son la consecuencia sino también el requisito de la transición de cloroplastos a cromoplastos, esta investigación trae a la mesa un procedimiento con enorme potencial para aumentar el valor nutricional de las hojas y otras partes verdes de las plantas, que son especialmente reacias a la biofortificación con carotenoides. La formación inducida de cromoplastos hace que las hojas de plantas comestibles como la lechuga y vegetales verdes como el calabacín adquieran un característico color dorado amarillento provocado por la acumulación de carotenoides.
El sistema desarrollado funciona en todas las especies vegetales probado hasta ahora, por lo que podría usarse para enriquecer los tejidos cosechables de plantas de cultivo con carotenoides una vez que su actividad fotosintética sea prescindible (por ejemplo, justo antes de la cosecha). “Es una tecnología muy aplicable tanto para la industria alimentaria como para la producción sostenible de carotenoides de interés como pigmentos naturales y nutracéuticos. Actualmente buscamos mejorar el sistema para su uso a nivel industrial”, destaca José Antonio Daròs, CSIC investigador del IBMCP. En el trabajo también han participado investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) y del Instituto para la Conservación y Mejora de la Agro-diversidad Valenciana (COMAV), también en España, así como investigadores de Australia, Alemania, Francia.
Trraducción: Cecilia González P.
Publicado: 20 de agosto de 2020
Fuente: Phys.org
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