Proyecto H2020 GAIN4CROPS: Reconfiguración de la fotorrespiración utilizando vías naturales y sintéticas para aumentar de manera sostenible el rendimiento de los cultivos

La fotorrespiración (reciclar la producción de oxigenación de Rubisco, 2-fosfoglicolato (2PG), de vuelta al ciclo de Calvin) es un proceso ineludible en las plantas actuales, que disipa energía y libera CO2. La fotorrespiración reduce la eficiencia de asimilación de CO2 y, por tanto, el rendimiento de biomasa, en ~30% y representa un objetivo principal para mejorar la productividad agrícola, como se demostró en varios estudios recientes. Sin embargo, la ingeniería de rutas de fotorrespiración alternativas hasta la fecha se limita a vías que liberan CO2, lo que deja espacio para mejoras adicionales considerables. Otra oportunidad para reducir las ineficiencias de la fotorrespiración es minimizarla diseñando el metabolismo C4, que sirve como una bomba de carbono que aumenta las concentraciones de CO2 cerca de Rubisco. 

GAIN4CROPS tiene como objetivo aumentar la productividad de las plantas utilizando estrategias novedosas para minimizar las ineficiencias de la fotorrespiración. GAIN4CROPS seguirá un enfoque gradual, comenzando por diseñar bombas de carbono naturales y culminando con la introducción de vías metabólicas sintéticas altamente eficientes que pueden aumentar drásticamente la fijación de carbono. 

En primer lugar, diseñaremos un cultivo de C3 para operar la bomba de carbono C3-C4 natural, aumentando la fijación de carbono y requiriendo modificaciones anatómicas menos complejas que el metabolismo de C4 y utilizando únicamente edición del genoma y cruces amplios. Este paso sirve como un enfoque conceptualmente novedoso y "natural" hacia la ingeniería del metabolismo C4. 

En segundo lugar, GAIN4CROPS desarrollará variantes de bombas de carbono C3-C4 sintéticas más eficientes que se basan en el transporte intercelular eficaz de aspartato o malato conservando al mismo tiempo los recursos celulares. 

Por último, basándose en el metabolismo C3-C4, GAIN4CROPS explorará dos rutas innovadoras de derivación de la fotorrespiración que, en lugar de liberar CO2, fijan carbono inorgánico, contribuyendo así directamente a la fijación de carbono. GAIN4CROPS servirá como hoja de ruta de investigación e innovación para lograr un rendimiento fotosintético similarmente superior en una amplia gama de cultivos C3.