Na busca pelo aumento da produtividade das culturas, os cientistas da Obtendo Maior Eficiência Fotossintética (RIPE) projeto focado em Rubisco, uma das enzimas mais abundantes na Terra. Rubisco desempenha um papel vital na fotossíntese, mas obter uma medição precisa pode ser complicado. No capítulo do livro publicado recentemente, os pesquisadores da Lancaster University apresentam um novo método para medir Rubisco que pode fornecer resultados mais consistentes.

O capítulo, Determinação radiométrica do estado de ativação e quantidade de Rubisco em folhas, faz parte do último volume de Métodos em Enzimologia, e fornece um protocolo para usar ensaios radiométricos para medir o estado de ativação e a quantidade de Rubisco em folhas de plantas. O texto pretende ser um guia prático e robusto para iniciantes em bioquímica vegetal que desejam trabalhar com Rubisco. Ele oferece um esboço detalhado de procedimentos que pode ser adaptado a várias espécies de plantas, tornando-o um recurso versátil para laboratórios ao redor do mundo.

“Nós conduzimos Estudos anteriores usando a absorbância da luz para determinar a atividade da Rubisco, mas foi demonstrado que eles subestimam a atividade da Rubisco”, disse Caty Ashton, autora principal do capítulo e técnica sênior de bioquímica do RIPE em Lancaster. “O uso de métodos radiométricos tende a dar resultados mais confiáveis ​​devido ao rastreamento direto da atividade da Rubisco, enquanto métodos alternativos funcionam rastreando reações secundárias.”

Rubisco é a proteína nos cloroplastos das plantas que inicia a fixação do dióxido de carbono atmosférico em açúcares (alimento para as plantas). Embora seja essencial para o crescimento das plantas, tem várias ineficiências que limitam a taxa de fotossíntese e apresentam uma barreira à produtividade das culturas. De acordo com Ashton, métodos anteriores para medir a atividade da Rubisco, como medir a absorbância da luz, muitas vezes falham em capturar dados tão precisamente quanto o que pode ser capturado pela análise radiométrica. Análise radiométrica significa usar isótopos radioativos para observar processos como absorção de nutrientes, atividade enzimática e, neste caso, atividade da Rubisco sob várias condições. Este é o melhor método para a atividade da Rubisco porque você pode medir diretamente a incorporação de CO₂ em um açúcar, enquanto outras técnicas de medição dependem de algumas reações diferentes para avaliar indiretamente a taxa de CO₂ assimilação.

“A atividade da Rubisco muda muito rapidamente em resposta a mudanças na intensidade da luz, então se as amostras forem sombreadas enquanto são coletadas, os resultados do ensaio serão enganosos”, disse Ashton. “Flutuações na intensidade da luz podem fazer com que os níveis de atividade da Rubisco diminuam em segundos, então gostamos de usar um sistema de amostragem de equipamento de luz especializado projetado para simular luz solar consistente em uma câmara controlada. No entanto, como discutimos no capítulo do livro, a amostragem cuidadosa de plantas ainda pode permitir resultados consistentes.”

No capítulo, autores do laboratório Carmo-Silva oferecem as melhores práticas para coleta de amostras. Por exemplo, expor as amostras de folhas a uma luz estável e depois congelá-las em nitrogênio líquido elimina a variabilidade causada por mudanças de luz que ocorrem até 45 minutos antes da amostragem. Isso permite que os cientistas entendam com mais precisão a atividade da Rubisco e sua resposta a variáveis ​​diferentes da luz.

A pesquisa que apoia este trabalho faz parte do RIPE, um projeto de pesquisa internacional que visa aumentar a produção global de alimentos por meio do desenvolvimento de culturas alimentares que transformam a energia solar em alimentos de forma mais eficiente, com o apoio de Inovações Agrícolas Gates.

A pesquisa da equipe tem implicações diretas para o melhoramento de culturas, particularmente para culturas como o feijão-caupi, uma cultura básica em muitas partes do mundo e um foco do projeto RIPE. Ao revelar como diferentes condições ambientais afetam a Rubisco, o método radiométrico pode orientar programas de melhoramento e práticas agrícolas, ajudando os agricultores a selecionar variedades de culturas mais adequadas aos seus ambientes.

“Espero que o capítulo do nosso livro possa ser usado por outros pesquisadores para permitir uma maior compreensão da função da Rubisco nas plantas, que é um dos principais alvos para melhorar a eficiência da fotossíntese e, portanto, o rendimento das colheitas”, disse Ashton.

Ashton recomenda o seguinte como leitura complementar para aqueles interessados ​​em aprender sobre outros estudos relevantes feitos sobre Rubisco:

• Amaral, J., Lobo, AK, Carmo-Silva, E., & Orr, DJ (2024). Purificação de rubisco de folhas. Fotossíntese: Métodos e Protocolos (pp. 417–426). Nova York, NY: Springer EUA. Sales, CRG, Silva, A., & Carmo-Silva, E. (2020). https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-3790-6_22
• Protocolos de Sales et al. (2020) Atividade da Rubisco: desafios e oportunidades de ensaios baseados em placas de microtitulação ligados ao NADH e baseados em 14C. Protocols.io. https://doi.org/10.17504/protocols.io.bf8djrs6.
• Taylor, SH, Gonzalez-Escobar, E., Page, R., Parry, MA, Long, SP, & Carmo-Silva, E. (2022). A desativação da Rubisco mais rápida do que o esperado na sombra reduz o potencial fotossintético do feijão-caupi em condições de luz variável. plantas Natureza, 8(2), 118-124. https://doi.org/10.1038/s41477-021-01068-9

Leia o capítulo do livro:

Ashton, CJ, Page, R., Lobo, AK, Amaral, J., Siqueira, JA, Orr, DJ, & Carmo-Silva, E. (2024). Determinação radiométrica do estado e quantidade de ativação da rubisco em folhas. Métodos em enzimologia, 708, 323-351. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2024.10.018.

Este post foi escrito por David Hong, aluno sênior da Universidade de Illinois