Proyecto HORIZONTE EUROPA METACAM: Flexibilidad metabólica en sequía: Aprovechamiento de Portulaca para definir principios de diseño para una vía combinada C4-CAM

El aumento de las olas de calor y la sequía está afectando gravemente la capacidad de los cultivos para retener agua y capturar CO2 durante la fotosíntesis, lo que resulta en reducciones globales de la producción. Uno de los enfoques más prometedores para mejorar la producción agrícola en condiciones de estrés es modificar sintéticamente la capacidad fotosintética de las plantas. 

En la naturaleza, algunos linajes han desarrollado mecanismos como la fotosíntesis C4 y el metabolismo ácido de las crasuláceas (CAM) para afrontar algunos de estos aspectos. Mientras que las especies C4 son extremadamente eficientes en la fijación de CO2, pero vulnerables a sequías severas, las plantas CAM son menos productivas, pero muy capaces de afrontar períodos de sequía significativos. Diseñar un sistema conjunto C4-CAM que utilice las características del CAM para combatir la sequía, a la vez que se basa en el poder del C4, puede ser un punto de inflexión para aumentar la resiliencia de los cultivos. Durante décadas, la coexistencia de C4 y CAM se consideró incompatible en la naturaleza. Una excepción a la regla se encuentra en el género Portulaca, donde las especies C4 pueden activar el CAM durante la sequía. A pesar del enorme potencial de bioingeniería de Portulaca, los facilitadores moleculares que permiten la existencia de C4-CAM en este clado siguen siendo difíciles de alcanzar. Estudios filogenéticos y morfológicos previos en Portulaca indican que la anatomía foliar combinada de C4 (anatomía de Kranz) y CAM (suculencia) podría ser el principal facilitador de C4-CAM. 

Mediante la combinación de estudios anatómicos, metabolómica celular específica y genómica con biología sintética, mi objetivo es identificar los determinantes moleculares básicos del interruptor C4-CAM en Portulaca y aprovechar este conocimiento para transferir las características anatómicas de CAM a especies C4 fuera de Portulaca como una prueba de principio. Esto sentará las bases para nuevas rondas de ingeniería para lograr un interruptor C4-CAM completamente funcional. METACAM proporcionará un salto cualitativo en nuestra comprensión de cómo se pueden diseñar, construir e integrar vías metabólicas incompatibles en organismos multicelulares, lo cual es ampliamente aplicable a la ingeniería de cultivos.