La protección de la banda de rodadura aumenta el consumo de aceite vegetal

UPTON, NY – Los biólogos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han demostrado una nueva forma de aumentar la untuosidad de las hojas y semillas de las plantas. Como se describe en la revista. Un nuevo fitólogo, los científicos han identificado y modificado con éxito partes clave de una proteína que protege las gotas de aceite recién sintetizadas. Los cambios genéticos protegen la proteína protectora de la grasa, por lo que se puede almacenar más grasa.

"La implementación de esta estrategia en cultivos de bioenergía o semillas oleaginosas podría ayudar a satisfacer la creciente demanda de combustible biodiesel y/o aceites vegetales nutricionalmente importantes", dijo el bioquímico del Laboratorio Brookhaven, John Shanklin, quien dirigió el estudio.

El equipo de Shanklin ha estado trabajando durante años para aumentar la acumulación de aceite vegetal, particularmente en partes de las plantas, como las hojas, que normalmente no producen mucho aceite. Estos tejidos vegetativos suelen constituir la mayor parte de la biomasa vegetal. El aumento de su capacidad de almacenamiento de petróleo aumenta significativamente el contenido energético de la biomasa. Dado que los aceites vegetales son la principal materia prima para la producción de biodiesel, la estrategia podría convertir las plantas vegetales en fábricas verdes para la producción de combustibles sostenibles.

Empujar, tirar, proteger

El objetivo del equipo de Brookhaven era implementar estrategias genéticas que indujeran bioquímicamente a las células vegetales a producir más aceite y almacenar el aceite recién sintetizado en gotitas de lípidos, en lugar de enviarlo a construir nuevas partes de la planta.

"Pero una vez que se produce petróleo, se puede descomponer, y la tasa de acumulación es un equilibrio entre síntesis y descomposición", explicó Shanklin.

Entonces, los científicos utilizaron un tercer enfoque: la producción de proteínas que protejan las gotas de lípidos de la degradación.

Una de esas proteínas protectoras elaborada a partir de plantas naturales se llama oleosina. La oleosina penetra la membrana de las gotas de aceite y bloquea el acceso a unas enzimas llamadas lipasas, que inician la descomposición de la grasa.

"Nosotros y otros normalmente aumentamos el nivel de esta pequeña proteína para proteger las gotitas de lípidos", dijo Shanklin.

Pero la propia oleosina puede degradarse, limitando su eficacia. Entonces, en el nuevo trabajo, Shanklin y su equipo se propusieron encontrar una manera de proteger el protector de aceite.

"Fue un rompecabezas complejo que el autor principal, Sanket Anaokar, trabajó creativamente para resolver", dijo Shanklin. Anaokar es investigador del Brookhaven Lab. Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos (CABBI), financiado por el DOE Centro de Investigación de Bioenergía Organizado por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Eliminar signos de desgaste

"Pensamos que si podíamos identificar y eliminar las partes de la oleosina que reconocen las enzimas de degradación (las 'señales' de degradación), la oleosina podría permanecer y mejorar la acumulación de grasa", dijo Anaokar.

Siguiendo el consejo de otros grupos que habían adoptado un enfoque diferente para resolver este problema, los científicos crearon variantes de la proteína oleosina y probaron sus efectos en las hojas de tabaco. Inicialmente, el equipo desarrolló variantes para cambiar todos los aminoácidos implicados en la degradación de la oleosina. Luego revirtieron las mutaciones una por una, buscando los mayores cambios en la acumulación de petróleo. En última instancia, esto les permitió identificar varias mutaciones clave que hacen que la oleosina sea notablemente resistente a la degradación.

"Estos cambios acumularon las variantes de oleosina a niveles más altos, lo que a su vez protegió el petróleo de manera más efectiva, por lo que el nivel de petróleo también aumentó", dijo Shanklin.

Las plantas que representan la combinación más exitosa de modificaciones genéticas acumularon un 54% más de aceite en sus hojas y un 13% más en sus semillas que las plantas no modificadas.

Una sorpresa maravillosa

Sorprendentemente, las modificaciones para proteger las gotas de aceite no afectaron negativamente el crecimiento de las plantas ni la germinación de las semillas. Esto fue sorprendente porque las semillas de las plantas deben descomponer la grasa almacenada durante las primeras etapas de germinación y crecimiento de las plántulas, hasta que la planta se haya establecido y haya desarrollado suficientes hojas para iniciar la fotosíntesis y continuar creciendo.

"Al principio, nos preocupaba que prevenir la descomposición de la grasa durante la siembra inhibiera este proceso de 'fijación'", dijo Shanklin. "Pero descubrimos que las variantes de oleosina no afectaron las instalaciones. Esta planta utiliza un mecanismo diferente para descomponer la grasa durante el crecimiento inicial para que las plántulas puedan acceder a la energía almacenada.

"Aún no sabemos qué es este proceso, pero nos permite usar variantes de oleosina para aumentar la acumulación de aceite en los tejidos y semillas de las plantas sin interrumpir el crecimiento de las plántulas", dijo Shanklin.

Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias del DOE. BEBER. comenzó con apoyo Petróleo renovable producido por caña energética de ultra rendimiento (ROGUE), que también es administrado por la Universidad de Illinois. Además de los estudios bioquímicos y genéticos en plantas, el equipo utilizó microscopía confocal en el Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN) del Laboratorio Brookhaven, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

El Laboratorio Nacional Brookhaven cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. La Oficina de Ciencias es el mayor defensor de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y trabaja para abordar los problemas más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite este sitio. ciencia.energia.gov.

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