Proxecto Metacam de Horizon Europe: Flexibilidade metabólica en tempos de seca: aproveitando a Portulaca para definir os principios de deseño dunha vía combinada C4-CAM

O aumento das ondas de calor e da seca está a afectar gravemente a capacidade dos cultivos para reter auga e capturar CO2 durante a fotosíntese, o que provoca reducións no rendemento global. Un dos enfoques máis prometedores para mellorar a produción agrícola en condicións de estrés é modificar sinteticamente a capacidade fotosintética das plantas.

Na natureza, algunhas liñaxes desenvolveron mecanismos como a fotosíntese C4 e o metabolismo ácido das crasuláceas (CAM) para abordar algúns destes problemas. Aínda que as especies C4 son extremadamente eficientes na fixación de CO2 pero vulnerables a secas graves, as plantas CAM son menos produtivas pero moi capaces de facer fronte a períodos de seca significativos. Deseñar un sistema conxunto C4-CAM que utilice as características da CAM para combater a seca, ao mesmo tempo que se basee no poder da C4, pode supoñer un cambio radical para aumentar a resiliencia dos cultivos. Durante décadas, a coexistencia de C4 e CAM considerouse incompatible por natureza. Unha excepción á regra atópase no xénero Portulaca, onde as especies C4 poden activar a CAM durante a seca. A pesar do enorme potencial de bioenxeñaría da Portulaca, os facilitadores moleculares que permiten que a C4-CAM exista neste clado seguen sendo difíciles de atopar. Estudos filoxenéticos e morfolóxicos previos en Portulaca indican que a anatomía foliar combinada de C4 (anatomía de Kranz) e CAM (suculencia) podería ser o principal facilitador da C4-CAM.

Ao combinar estudos anatómicos, metabolómica e xenómica específicas de células con bioloxía sintética, o meu obxectivo é identificar os determinantes moleculares básicos do interruptor C4-CAM en Portulaca e aproveitar este coñecemento para transferir as características anatómicas do CAM a especies C4 fóra de Portulaca como proba de principio. Isto sentará as bases para futuras roldas de enxeñaría para lograr un interruptor C4-CAM totalmente funcional. METACAM proporcionará un salto cuántico na nosa comprensión de como se poden deseñar, enxeñar e integrar vías metabólicas incompatibles en organismos multicelulares, o que é amplamente aplicable á enxeñaría de cultivos.