Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califa³rnia, Davis, descobriu um elo perdido na evolução da fotossa­ntese e fixação de carbono. Com mais de 2,4 bilhaµes de anos, uma forma recanãm-descoberta da enzima vegetal rubisco pode dar uma nova visão sobre a evolução e o melhoramento das plantas.

Rubisco éa enzima mais abundante do planeta. Presente em plantas, cianobactanãrias (também conhecidas como algas verde-azuladas) e outros organismos fotossintanãticos, éfundamental para o processo de fixação de carbono e éuma das mais antigas enzimas fixadoras de carbono da Terra.

"a‰ o principal motivador para a produção de alimentos, portanto, pode tirar CO 2 da atmosfera e fixa¡-lo em açúcar para as plantas e outros organismos fotossintanãticos usarem. a‰ a principal enzima motriz para alimentar o carbono na vida dessa maneira", disse Doug Banda, um pa³s-doutorado no laboratório de Patrick Shih, professor assistente de biologia vegetal no UC Davis College of Biological Sciences.

A forma I rubisco evoluiu hámais de 2,4 bilhaµes de anos antes do Grande Evento de Oxigenação, quando as cianobactanãrias transformaram a atmosfera terrestre ao produzir oxigaªnio por meio da fotossa­ntese. Os laa§os de Rubisco com este evento antigo tornam-no importante para os cientistas que estudam a evolução da vida.

Em um estudo publicado nesta segunda-feira (31) na Nature Plants , Banda e pesquisadores da UC Davis, UC Berkeley e do Lawrence Berkeley National Laboratory relatam a descoberta de um parente anteriormente desconhecido de forma I rubisco, que eles suspeitam divergir da forma I rubisco antes de a evolução das cianobactanãrias.

A nova versão, chamada forma I-prime rubisco, foi encontrada por meio do sequenciamento do genoma de amostras ambientais e sintetizada em laboratório. A rubisco forma I oferece aos pesquisadores novos insights sobre a evolução estrutural da rubisco forma I, potencialmente fornecendo pistas sobre como essa enzima mudou o planeta.

A forma I rubisco éresponsável pela grande maioria da fixação de carbono na Terra. Mas outras formas de rubisco existem nas bactanãrias e no grupo de microrganismos chamado Archaea. Essas variantes de rubisco vão em diferentes formas e tamanhos, e ainda não possuem pequenas subunidades. No entanto, eles ainda funcionam.

"Algo intra­nseco para entender como a forma I rubisco evoluiu ésaber como a pequena subunidade evoluiu", disse Shih. "a‰ a única forma de rubisco, que conhecemos, que faz esse tipo de montagem octamanãrica de grandes subunidades."

O coautor do estudo, Professor Jill Banfield, do departamento de ciências terrestres e planeta¡rias da UC Berkeley, descobriu a nova variante do rubisco após realizar análises metagena´micas em amostras de águasubterra¢nea. As análises metagena´micas permitem que os pesquisadores examinem genes e sequaªncias genanãticas do meio ambiente sem cultivar microorganismos.

"Nãosabemos quase nada sobre que tipo de vida microbiana existe no mundo ao nosso redor e, portanto, a grande maioria da diversidade tem sido invisível", disse Banfield. "As sequaªncias que entregamos ao laboratório de Patrick, na verdade, vão de organismos que não estavam representados em nenhum banco de dados."

Banda e Shih expressaram com sucesso a forma I-prime rubisco no laboratório usando E. coli e estudaram sua estrutura molecular.

A forma I rubisco éconstrua­da a partir de oito grandes subunidades moleculares centrais com oito pequenas subunidades empoleiradas na parte superior e inferior. Cada pea§a da estrutura éimportante para a fotossa­ntese e fixação de carbono. Como a forma I rubisco, a forma I-prime rubisco éconstrua­da a partir de oito grandes subunidades. No entanto, ele não possui as pequenas subunidades antes consideradas essenciais.

"A descoberta de um rubisco octamanãrico que se forma sem pequenas subunidades nos permite fazer perguntas evolutivas sobre como seria a vida sem a funcionalidade conferida por pequenas subunidades", disse Banda. "Especificamente, descobrimos que as enzimas da forma I tiveram que desenvolver interações fortificadas na ausaªncia de pequenas subunidades, o que permitiu estabilidade estrutural em uma anãpoca em que a atmosfera da Terra estava mudando rapidamente."

De acordo com os pesquisadores, a forma I-prime rubisco representa um elo perdido na história da evolução. Uma vez que a forma I rubisco converte carbono inorga¢nico em biomassa vegetal, pesquisas adicionais sobre sua estrutura e funcionalidade podem levar a inovações na produção agra­cola.

"Embora haja um interesse significativo na engenharia de um rubisco 'melhor' , houve pouco sucesso ao longo de décadas de pesquisa", disse Shih. "Assim, compreender como a enzima evoluiu ao longo de bilhaµes de anos pode fornecer uma visão chave sobre os esforços de engenharia futuros, que podem, em última insta¢ncia, melhorar a produtividade fotossintanãtica nas lavouras".