Un equipo internacional que incluye investigadores de la Universidad de Cornell, el Boyce Thompson Institute, la Universidad de Edimburgo y otros ha descubierto cómo las plantas de antocero utilizan una proteína modificada, RbcS-STAR, para agrupar la enzima fotosintética clave Rubisco en compartimentos similares a pirenoides. Este mecanismo mejora la captura de carbono y podría aumentar los rendimientos de los cultivos hasta en un 60 por ciento mientras reduce las necesidades de agua y fertilizantes.
Rubisco, o ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, es la enzima más importante del planeta para la fotosíntesis, fijando dióxido de carbono en azúcares que alimentan el crecimiento vegetal y forman la base de la cadena alimentaria. Sin embargo, es lenta y propensa a unirse al oxígeno en su lugar, especialmente en climas que se calientan, lo que provoca desperdicio de energía, subproductos tóxicos y crecimiento atrofiado. Los antoceros, pequeñas plantas terrestres emparentadas con los musgos, superan esto mediante RbcS-STAR, una versión de la subunidad pequeña de Rubisco con una «cola» o segmento adicional que actúa como velcro o un anclaje. Esta modificación agrupa las enzimas Rubisco en compartimentos densos similares a los pirenoides de las algas, concentrando CO2 y minimizando la interferencia del oxígeno. «La Rubisco es, con mucho, la enzima más importante del planeta porque es el punto de entrada para casi todo el carbono en los alimentos que comemos», dijo Fay-Wei Li, profesor asociado en el Boyce Thompson Institute y la Universidad de Cornell, colíder del estudio. «Pero es lenta y se distrae fácilmente con el oxígeno, lo que desperdicia energía y limita la eficiencia del crecimiento de las plantas». A diferencia de las algas, que utilizan proteínas separadas para la agrupación, los antoceros modifican la propia Rubisco. «Asumimos que los antoceros usarían algo similar a lo de las algas: una proteína separada que reúne la Rubisco», dijo Tanner Robison, estudiante de posgrado y coautor principal. «En cambio, descubrimos que han modificado la propia Rubisco para realizar la tarea». El equipo demostró la modularidad de RbcS-STAR introduciéndola en una especie de antocero sin pirenoides naturales y en Arabidopsis, una planta con flores modelo. En ambas se formaron estructuras similares a pirenoides, incluso cuando solo se adjuntó la cola STAR a la Rubisco nativa. «Incluso probamos adjuntar solo la cola STAR a la Rubisco nativa de Arabidopsis, y desencadenó el mismo efecto de agrupación», dijo Alistair McCormick, profesor de la Universidad de Edimburgo y colíder. «Eso nos indica que STAR es realmente la fuerza motriz. Es una herramienta modular que funciona en distintos sistemas vegetales». «Impide que la rubisco toque el oxígeno, porque la mete en una casa y luego bombea un montón de CO2 dentro de la casa», explicó Laura Gunn, bióloga de plantas sintéticas en Cornell y coautora. Los investigadores estiman que esto podría aumentar el crecimiento y los rendimientos de los cultivos hasta en un 60 por ciento, permitiendo a las plantas cerrar los estomas con mayor frecuencia para ahorrar agua. También podría reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos intensivos en energía. Quedan desafíos, como la ingeniería de una entrega eficiente de CO2 a los grupos. «Hemos construido una casa para Rubisco, pero no será eficiente a menos que actualicemos el HVAC», señaló Gunn. Robert Wilson, bioquímico del MIT, elogió los hallazgos: «Es muy impresionante... es un mecanismo completamente nuevo y novedoso mediante el cual ocurre un aspecto importante de la bioquímica de la rubisco». El estudio, publicado en Science en 2026, ofrece un camino para ingenierizar una fotosíntesis mejor en cultivos como el trigo y el arroz para una agricultura sostenible ante el aumento de la demanda global de alimentos.