Combatiendo la sequía con flavodoxina

Abstract

Los episodios de estrés ambiental, especialmente la limitación de agua, representan la principal causa de pérdida de rendimiento en cultivos.Las plantas responden a estas situaciones mediante la expresión diferencial de una red de genes cuyos productos participan en la percepción, señalización, regulación transcripcional y finalmente la defensa ante la situación hostil mediante cambios bioquímicos y fisiológicos. La estrategia de la genética molecular para el mejoramiento de la tolerancia a condiciones ambientales adversas en cultivos se ha basado mayoritariamente en la sobreexpresión de dichos genes endógenos. El grado de éxito ha sido variable ya que se trata de una respuesta multigénica y, en consecuencia, difícil depredecir y manipular. Las cianobacterias, de las que las plantas han evolucionado a través de un proceso de endosimbiosis,han desarrollado estrategias sustitutivas y unigénicas basadas en el reemplazo de proteínas sensibles al estrés por versionesisofuncionales resistentes. Un ejemplo notorio es ferredoxina, el último componente de la cadena transportadora fotosintética.Ferredoxina resulta particularmente susceptible a los desafíos ambientales y ante tales situaciones muchas cianobacterias son capaces de expresar flavodoxina, que sustituye funcionalmente a ferredoxina aunque con menor eficiencia. Aunque el gen de flavodoxina ha desaparecido de las plantas, la reintroducción de una flavodoxina cianobacteriana en cloroplastos de distintas especies vegetales produjo líneas transgénicas con tolerancia aumentada a diversas fuentes de estrés ambiental, incluyendo sequía. Por lo tanto, las estrategias sustitutivas de los microorganismos siguen siendo efectivas en las plantas y esto abre nuevas perspectivas biotecnológicas para combatir el problema de la deficiencia de agua.

Environmental stresses, especially water limitation, represent the primary cause of crop yield losses. Plants respond to such situations through the differential expression of a gene network whose products are involved in stress perception, signaling, transcriptional regulation and finally the defense against the hostile situation via biochemical and physiological changes. The strategy of molecular genetics to strengthen stress tolerance in crops has been largely based on over expression of those endogenous genes. The success of this approach has been variable as it is a multigenic response and, consequently, difficult to manipulate. Cyanobacteria, from which plants evolved though a process of endosymbiosis, have developed unigenic, substitutive strategies based on the replacement of stress-vulnerable targets by resistant isofunctional proteins. A notable example is ferredoxin, the terminal acceptor of the photosynthetic electron transport chain. Ferredoxin is particularly susceptible to environmental challenges and, under such situations, many cyanobacteria are able to express flavodoxin which functionally substitutes ferredoxin but with less efficiency. Although the Fld coding gene has been lost from the plant genome, the reintroduction of a cyanobacterial flavodoxin in chloroplasts of different plant species gave rise to transgenic lines with enhanced tolerance to multiple sources of environmental stress, including drought. Therefore, the substitutive responses from microorganisms are still effective in plants and this situation opens new biotechnological perspectives to combat the water deficiency problem.