Desvelado el secreto de la respiración de las plantas

Descubrimiento tiene implicaciones para la producción de alimentos y el almacenamiento de carbono

Un descubrimiento realizado por bioquímicos de plantas de la Universidad de Australia Occidental (UWA) podría tener grandes implicaciones sobre cómo usamos las plantas como alimento y cómo almacenamos carbono en el futuro.

Si recuerdas la biología de la escuela secundaria, es posible que recuerdes la fotosíntesis. Así es como las plantas convierten el dióxido de carbono, el agua y la luz solar en azúcar y energía. Sin embargo, no todos estamos familiarizados con el proceso de respiración de las plantas.

En un artículo de investigación publicado recientemente, un equipo de científicos de la Facultad de Ciencias Moleculares de la UWA reveló un proceso previamente desconocido que determina la cantidad de dióxido de carbono que las plantas liberan a la atmósfera.

"La respiración de las plantas, en principio, es bastante similar a cómo nuestras propias mitocondrias usan un sustrato que tiene un alto contenido de energía para crear energía que la célula puede usar", dice Xuyen Le, candidato a doctorado en la UWA.

"La diferencia es que necesitan el azúcar que producen durante el día a partir de la fotosíntesis para poder quemarlo durante la noche".

Quemar esos azúcares para obtener energía produce dióxido de carbono. Cualquier exceso de azúcar que no se haya utilizado como energía se almacena dentro de la planta como biomasa.

El proceso químico de la respiración es complejo. Como resultado, el equipo de investigadores centró su estudio en una molécula importante: el piruvato.

De las pequeñas cosas crecen las grandes

El nombre "piruvato" proviene de la palabra griega para fuego. La molécula se llama así porque se quema (técnicamente, se oxida) para producir energía para las plantas.

La molécula se produce a partir de grasas, proteínas y carbohidratos. Cada fuente libera dióxido de carbono cuando se utiliza para impulsar la respiración. Sin embargo, el piruvato producido a partir de carbohidratos libera entre un 20 y un 30% más de dióxido de carbono que el piruvato producido a partir de grasas o proteínas.

Y resulta que las plantas pueden elegir qué fuente de piruvato usan.

"De alguna manera, pueden elegir cuál usar y preferir el piruvato [fuente de carbohidratos] para la respiración", dice Xuyen.

Desafortunadamente, esto significa que las plantas eligen liberar más dióxido de carbono.

"Lo que realmente queremos son plantas que produzcan la cantidad de energía que necesitan... pero que lo hagan con la menor cantidad de carbono liberado", dice el profesor Harvey Millar, líder mundial en ciencia de las plantas que también trabajó en la investigación de la UWA.

El camino del mínimo carbono

La forma en que las plantas producen energía es ineficiente y, a menudo, producen más energía de la que necesitan.

"Algunas de ellas realmente usan mucha energía, y no está claro por qué sería necesario hacerlo de esa manera", dice Harvey.

Y así, el equipo ha propuesto un nuevo método para ralentizar el proceso respiratorio en las plantas y reducir su liberación de dióxido de carbono.

"Descubrimos que hay tres vías para proporcionar piruvato para que respiren las mitocondrias", dice Xuyen. "Cuando una estaba bloqueada, las otras dos están activas y aumentan su capacidad para que puedan satisfacer las necesidades de la célula".

Al bloquear las vías del piruvato, esperan priorizar las fuentes de energía dentro de las plantas que limitan la liberación de dióxido de carbono.

Al limitar la producción de energía innecesaria, pretenden redirigir el carbono a biomasa en lugar de dióxido de carbono. Esto podría ser un gran problema para la forma en que usamos las plantas como fuentes de alimentos y reservas de carbono en el futuro.

¿El futuro está basado en las plantas?

Si bien aún es temprano, las potenciales aplicaciones de este descubrimiento podrían ser significativas.

Los cultivos podrían crecer más y ser más ricos en calorías. Los proyectos de revegetación podrían acelerarse. La madera podría crecer más rápido y las plantas podrían almacenar dióxido de carbono a un ritmo mucho más rápido.

"Usamos la agricultura para producir alimentos y eso es realmente valioso, pero también lo es... cómo protegemos la salud de nuestra atmósfera", dice Harvey.

El equipo espera que esta nueva comprensión de la biología de las plantas pueda ser parte de un esfuerzo global colaborativo para combatir el cambio climático y ayudar a la seguridad alimentaria.

Los hallazgos se ha publicado en Nature plants: Metabolic evidence for distinct pyruvate pools inside plant mitochondria