Fotosynteza z turbodoładowaniem, aby nakarmić świat

Dwóch w dół, jeden do wyjścia. Naukowcy ukończyli drugi z trzech głównych etapów potrzebnych do turbodoładowania fotosyntezy w uprawach takich jak pszenica i ryż, co może zwiększyć plony o około 36-60 procent dla wielu roślin. Ponieważ jest bardziej wydajna, nowa metoda fotosyntezy może również zmniejszyć ilość nawozu i wody potrzebnej do uprawy żywności.

Ta roślina tytoniu wykorzystuje geny pobrane z bakterii do fotosyntezy.

Naukowcom z Cornell University i Rothamsted Research w Wielkiej Brytanii udało się przeszczepić geny bakterii – zwanej sinicami – do roślin tytoniu, które są często wykorzystywane w badaniach. Geny umożliwiają roślinie wytwarzanie bardziej wydajnego enzymu do przekształcania dwutlenku węgla z atmosfery w cukry i inne węglowodany. Wyniki opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Natura .

Naukowcy od dawna wiedzą, że niektóre rośliny znacznie skuteczniej przekształcają dwutlenek węgla w cukier niż inne. Te szybko rosnące rośliny – zwane roślinami C4 – obejmują kukurydzę i wiele rodzajów chwastów. Ale 75 procent upraw na świecie (znanych jako rośliny C3) wykorzystuje wolniejszą i mniej wydajną formę fotosyntezy. Naukowcy od dawna próbują zmienić niektóre rośliny C3 – w tym pszenicę, ryż i ziemniaki – w rośliny C4. Podejście to zyskało ostatnio na sile dzięki nowatorskim, wysoce precyzyjnym technologiom edycji genów, które są stosowane do Projekt ryżu C4 (patrz: Dlaczego będziemy potrzebować genetycznie modyfikowanej żywności ).

Badacze z Cornell i Rothamsted przyjęli prostsze podejście. Zamiast próbować przekształcić roślinę C3 w roślinę C4 poprzez zmianę jej anatomii i dodanie nowych typów i struktur komórek, naukowcy zmodyfikowali komponenty istniejących komórek. Jeśli możesz mieć prostszy mechanizm, który nie wymaga zmian anatomicznych, to całkiem nieźle, mówi Daniel Voytas , dyrektor Centrum Inżynierii Genomu na University of Minnesota.

Zamiast naśladować rośliny C4, naukowcy zapożyczyli trzyczęściowy mechanizm fotosyntezy z sinic. Po pierwsze, białka tworzą specjalny przedział w komórce roślinnej, w którym koncentruje się CO2; po drugie, komora zawiera szybki enzym do przekształcania tego CO2; i po trzecie, komórki używają specjalnych pomp w swoich błonach, aby wprowadzić CO2 do komórek.

Na początku tego roku naukowcy zaprojektowali komórki, aby utworzyć specjalne przedziały CO2. Nowe badania dotyczą drugiej części — szybkiego enzymu. Współpracują z innymi badaczami nad trzecią częścią, pompami. Ostatecznie naukowcy będą musieli połączyć wszystkie trzy części w tych samych roślinach.

Maureen Hansen , profesor biologii molekularnej i genetyki w Cornell, mówi, że postęp nie będzie widoczny w komercyjnie uprawianych roślinach spożywczych przez co najmniej pięć lub 10 lat.

Aby to zrobić, nie będzie to prosta sprawa przeszczepienia jednego lub dwóch genów. Będzie to wymagało przeniesienia 10 do 15 genów i upewnienia się, że geny są stabilne, mówi Dziekan Cena , profesor medycyny, biologii i ochrony środowiska na Australian National University. Price nie był zaangażowany w bieżące badania. Dopiero wtedy można rozpocząć szeroko zakrojone testy polowe, wraz z procesem regulacyjnym upraw genetycznie zmodyfikowanych.

Podejście to będzie prawdopodobnie początkowo ograniczone do kilku roślin, które naukowcy są szczególnie dobrzy w modyfikowaniu genetycznym, takich jak ziemniaki, pomidory, bakłażany i papryka. Jednak Price mówi, że istnieją genetyczne obejścia, które mogą szybko umożliwić to w szerszym zakresie upraw.

ukryć