Rubisco: una evolución marcada por la temperatura y el CO2

La tesis doctoral de Carmen Hermida investiga la variabilidad genética de esta proteína esencial para la fotosíntesis y la productividad de plantas y cultivos 

La Rubisco es la enzima que cataliza la asimilación de CO2 atmosférico y sustenta la inmensa mayoría de cadenas tróficas de la biosfera, incluida la producción agrícola. En su evolución, se ha adaptado a cambios en la concentración de CO2 en el sitio de catálisis y a las diferentes condiciones térmicas.

Los objetivos de la tesis doctoral de Carmen Hermida Carrera, defendida en la Universidad de las Illes Balears, fueron investigar la variabilidad genética de la subunidad grande de la Rubisco y su evolución en diferentes grupos de plantas, y explorar la dependencia térmica de las constantes cinéticas de la Rubisco. La tesis, que se ha realizado en el marco de la actividad investigadora del grupo de investigación en Biología de las Plantas en Condiciones Mediterráneas, la ha dirigido el doctor Jeroni Galmés, del Departamento de Biología.

En el género Quercus se detectaron aminoácidos que evolucionaron bajo selección positiva, en función del hábito foliar y del clima, ambos caracteres determinantes de la concentración de CO2 en el sitio de carboxilación. En bromelias y orquídeas se detectaron cambios aminoacídicos específicos en función de variables indicadoras del grado de expresión de CAM (δ13C y espesor de hoja). También aparecieron pares de sitios aminoacídicos con tendencia a co-evolucionar, la mayoría ubicados en regiones importantes para la función y estructura de la Rubisco.

La respuesta a la temperatura de la reacción de carboxilación mostró diferencias entre los distintos grupos taxonómicos estudiados. En los principales cultivos a nivel mundial, todos los parámetros cinéticos de la Rubisco mostraron variabilidad entre especies y variabilidad en sus dependencias térmicas. Estos resultados sugieren que la Rubisco ha evolucionado adaptando su sensibilidad cinética a las condiciones térmicas locales. El modelo matemático de fotosíntesis indicó la oportunidad de mejora de la Rubisco como opción de futuro para aumentar la productividad de los cultivos en condiciones variables de temperatura y disponibilidad de CO2.

Los datos de la tesis de Carmen Hermida ofrecen la posibilidad de aumentar la precisión de los modelos de fotosíntesis en hoja y direccionan la mejora de Rubisco en especies de alto interés agrícola.

Ficha de la tesis doctoral

  • Título: Exploring Rubisco molecular evolution and kinetics temperature dependency
  • Autora: Carmen Hermida Carrera
  • Programa de doctorado: Biología de las Plantas
  • Departamento: Biología
  • Director: Jeroni Galmés Galmés 

Fecha de publicación: 04/04/2016