La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas convierten la luz, el agua y el dióxido de carbono del aire en biomasa. Comprender y optimizar este proceso es fundamental para mejorar la producción de alimentos y la tolerancia al estrés en las plantas. Un equipo internacional liderado por la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) ha realizado un descubrimiento significativo sobre cómo las plantas adaptan su fotosíntesis a las cambiantes condiciones de luz.

Los resultados del estudio, publicados recientemente en Nature Communications, revelan un mecanismo molecular clave que sincroniza los dos módulos fundamentales de la fotosíntesis: la reacción impulsada por la luz y la reacción de fijación de carbono. Este descubrimiento, liderado por la profesora Dra. Ute Armbruster del Instituto de Fotosíntesis Molecular de HHU, en colaboración con instituciones como el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas y universidades de Bergen, Bochum, Münster y Potsdam, arroja luz sobre la interacción entre estos módulos en respuesta a las variaciones en la intensidad luminosa.

Desafíos en condiciones de luz fluctuantes

Las plantas enfrentan condiciones de luz que cambian rápidamente, lo cual presenta un desafío para la optimización del uso de la luz en la fotosíntesis. Cuando la luz es excesiva, las plantas no pueden convertir toda la energía luminosa, lo que puede resultar en la formación de especies reactivas de oxígeno potencialmente dañinas. Para contrarrestar esto, las plantas activan un mecanismo de protección conocido como «enfriamiento dependiente de la energía»  (energy-dependent quenching – qE), que permite disipar el exceso de energía en forma de calor.

Los investigadores han descubierto que el intercambiador de potasio del tilacoide KEA3 juega un papel crucial en la regulación de qE y la sincronización de las reacciones fotosintéticas. Según el estudio, el KEA3 reacciona de manera altamente dinámica al pH del medio que rodea la membrana del tilacoide, que a su vez cambia en respuesta a las condiciones de luz. La estructura y actividad de KEA3 se modifica en función del pH, pero solo cuando KEA3 también ha ligado las moléculas ATP y NADPH. En condiciones de luz excesiva, esto conduce a la inactivación de KEA3, permitiendo que qE sea activo. Cuando hay una transición repentina a la sombra, KEA3 se activa, lo que aumenta las reacciones impulsadas por la luz de la fotosíntesis.

La comprensión de cómo KEA3 facilita la comunicación entre los módulos de fotosíntesis abre nuevas vías para desarrollar estrategias destinadas a mejorar la eficiencia fotosintética en condiciones de campo. Esto tiene el potencial de incrementar los rendimientos de los cultivos y optimizar su adaptación a diferentes entornos lumínicos.

“A través de nuestro trabajo, ahora entendemos por primera vez cómo los módulos funcionales de la fotosíntesis se comunican entre sí a través de KEA3. 3. Es importante saber esto con vistas a desarrollar estrategias para mejorar la fotosíntesis en el campo, con el fin de aumentar los rendimientos de los cultivos a largo plazo”, detalla  Armbruser. 

El estudio representa, por tanto, un avance significativo en la fotosíntesis vegetal y sus aplicaciones agronómicas. Al ajustar estos mecanismos, los científicos podrían desarrollar cultivos que utilicen la luz de manera más eficiente, lo que es crucial en un mundo donde la demanda de alimentos es cada vez mayor y los recursos naturales son limitados.

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