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Durante o COVID, os cientistas recorrem aos computadores para entender a fotossíntese C4

Traduzido de Science Daily

Quando o COVID fechou seu laboratório em março, uma equipe da Universidade de Essex se voltou para abordagens computacionais para entender o que torna algumas plantas mais bem adaptadas para transformar luz e dióxido de carbono em rendimento por meio da fotossíntese. Eles publicaram suas descobertas no jornal. Fronteiras da ciência vegetal.

Existem dois tipos de fotossíntese: C3 e C4. A maioria das culturas alimentares depende da fotossíntese C3, onde o carbono é fixado ao açúcar dentro das células chamadas ‘mesofilo’, onde o oxigênio é abundante. No entanto, o oxigênio pode dificultar a fotossíntese. As culturas C4 desenvolveram células de envelope especializadas para concentrar dióxido de carbono, o que torna a fotossíntese C4 até 60% mais eficiente.

Neste estudo, os cientistas queriam descobrir como as culturas C4 podem expressar várias enzimas importantes dentro das células da bainha do feixe, em vez do mesofilo.

“O objetivo final é entender esses mecanismos para que possamos melhorar a fotossíntese do C3 em culturas alimentares como feijão-nhemba e mandioca, dos quais pequenos agricultores na África subsaariana dependem para alimentação e renda para suas famílias”, disse Chidi Afamefule. , um pesquisador de pós-doutorado trabalhando na condução de aumento da eficiência fotossintética (RIPE) em Essex.

Liderado pela Universidade de Illinois no Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica, o RIPE tem como objetivo aumentar a produção de alimentos melhorando a fotossíntese com o apoio da Fundação Bill e Melinda Gates, Fundação para Pesquisa Agrícola e Alimentos e Relações Exteriores, Comunidade e Desenvolvimento do Reino Unido. Escritório. O projeto RIPE e seus patrocinadores estão empenhados em garantir o acesso global e disponibilizar as tecnologias do projeto aos agricultores que mais precisam.

A equipe comparou o DNA de quatro culturas de grama C3 (incluindo cevada e arroz) e quatro culturas de grama C4 (incluindo milho e sorgo). Seu objetivo era identificar regiões de DNA que pudessem controlar a expressão de quatro enzimas envolvidas na fotossíntese. Este estudo é provavelmente a primeira comparação da expressão dessas enzimas (SBPase, FBPase, PRK e GAPDH) em culturas C3 e C4.

“Teria sido ótimo encontrar um ‘regulador mestre’ que operasse em todas essas enzimas, mas não o encontramos e suspeitamos que não existe”, disse Afamefule, que conduziu o estudo em seu apartamento durante a pandemia.

Em vez disso, eles descobriram que as culturas C4 têm vários “ativadores” em seu DNA que desencadeiam a expressão na bainha do feixe e “repressores” que restringem a expressão no mesofilo. Eles esperam poder usar esse código genético para ajudar culturas C3 menos eficientes a fotossintetizar melhor no futuro.

“Esforços já estão em andamento para ajudar as culturas C3 a funcionarem mais como as culturas C4”, disse a pesquisadora principal Christine Raines, professora da Escola de Ciências da Vida de Essex, onde também atua como Pró-Vice Chanceler de Pesquisa. . “Estudos como este nos ajudam a identificar pequenas peças dentro de uma máquina incrivelmente complexa que temos que entender antes de podermos ajustá-la e reprojetá-la.”

A próxima etapa é validar esses achados em laboratório. A equipe retornou aos seus bancos de laboratório em 6 de julho de 2020, seguindo todas as diretrizes de segurança recomendadas pela Essex School of Life Sciences.

Atingindo a Eficiência Fotossintética Mais Alta (RIPE) visa melhorar a fotossíntese e equipar os agricultores em todo o mundo com safras de maior rendimento para garantir que todos tenham comida suficiente para levar uma vida saudável e produtiva. O RIPE é patrocinado pela Fundação Bill e Melinda Gates, pela Fundação dos EUA para Pesquisa Agrícola e Alimentar e pelo Escritório de Relações Exteriores, Comunidade e Desenvolvimento do Reino Unido.

O RIPE é liderado pela University of Illinois em parceria com a Australian National University, a Chinese Academy of Sciences, a Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, a Lancaster University, a Louisiana State University, a University of California, Berkeley, a Universidade de Cambridge, a Universidade de Essex e o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, Serviço de Pesquisa Agrícola.



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