A fotoszintézis egyik hibájának megkerülésével kutatók olyan növényeket hoztak létre, amelyek 40 százalékkal nagyobbra nőnek

A fotoszintézis révén a növények energiává alakítják a napfényt, ugyanakkor a bolygón lévő növények többségét egy fotoszintetikus zavar s...

A fotoszintézis révén a növények energiává alakítják a napfényt, ugyanakkor a bolygón lévő növények többségét egy fotoszintetikus zavar sújtja, és hogy ezt a növények kezelni tudják, egy olyan energiapazarló folyamatot fejlesztettek ki, amit fotorespirációnak neveznek, amely drasztikusan negatív hatással van a termés mennyiségére.

Az Illinois-i Egyetem és az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma Mezőgazdasági Kutatási Szolgálatának kutatói a Science folyóiratban arról számoltak be, hogy olyan növényeket terveztek, amelyekben a fotorespirációt megkerülve a növényeket 40 százalékkal termékenyebbé tudták tenni a valós mezőgazdasági körülmények között fejlődő társaikhoz képest. (1)

"Minden évben 200 millióval több embert tudtunk táplálni a fotorespiráció miatt elveszett kalóriákkal az USA középnyugati részén," - mondta Donald Ort kutatásvezető. "A kalóriák egy részének visszanyerése a világ minden táján járható útnak bizonyulhat a 21. század gyorsan bővülő élelmiszer igényeinek kielégítéséhez - a népesség növekedése és a gazdagabb, magas kalóriatartalmú étrendek miatt."

A növények a fotoszintézis során a Rubisco nevű enzimet - a bolygón a leggyakoribb fehérjét - és a napfény energiáját használják a szén-dioxid és a víz cukorrá alakítására, amely üzemanyagként szolgál a növekedésükhöz és a hozamukhoz. A Rubisco az évezredek során a saját sikerének áldozata lett, miközben oxigénben gazdag légkört hozott létre. Mivel nem tudja megbízhatóan megkülönböztetni a két molekulát, a Rubisco szén-dioxid helyett oxigént vesz fel az idő körülbelül 20%-ában, ami egy növényi toxikus vegyületet eredményez, amelyet a fotorespiráció során újra kell hasznosítani.

"A fotorespiráció az anti-fotoszintézis," - mondta Paul South vezető kutató, molekuláris biológus, a mezőgazdasági kutatási szolgálat munkatársa. "A növény ezzel értékes energiát és erőforrásokat használ el, amit a fotoszintézishez használt volna, hogy nagyobb növekedést és hozamot produkáljon."

A fotorespiráció rendszerint bonyolult úton megy végbe a növényi sejt három részében. A tudósok alternatív útvonalakat terveztek a folyamat átirányítása érdekében, drasztikusan lerövidítve a folyamatot, amivel elegendő erőforrást takaríthat meg a növény, így akár 40%-kal is fokozható a növekedése.

A csapat három alternatív útvonalat állított fel a körkörös folyamat helyettesítésére. Az új útvonalak optimalizálásához genetikai konstrukciókat terveztek különböző promóterek és gének csoportjaival, lényegében egyedi útiterveket készítettek. Ezeket az útvonalakat 1700 növény esetében tesztelték, hogy megtalálják azokat, amelyek a legjobban teljesítenek.

Több mint két évnyi terepi tanulmány során megállapították, hogy ezek a mesterséges növények gyorsabban fejlődtek, magasabbak lettek, és mintegy 40 százalékkal több biomasszát termeltek, amelyek többségét az 50 százalékkal nagyobb száraikban találták meg.

A csapat a hipotézist a dohány esetében tesztelte, amely ideális növényi kutató modell, mert könnyebben módosítható és tesztelhető, mint az élelmiszer növények, de az alternatív növényi modellektől eltérően levél lombkoronát alakít ki, és tesztelhető a mezőgazdasági területeken. A csapat jelenleg az eredményeket értékeli, hogy növeljék a szójabab, a borsó, a rizs, a burgonya, a paradicsom és a padlizsán hozamát.

Bár valószínű, hogy több mint egy évtized szükséges, mire ez a technológia megjelenhet az élelmiszer termelésben és megkapja a szabályozók jóváhagyását, a kutatók és a program szponzorai elkötelezték magukat, hogy biztosítsák, hogy a kistermelők - különösen a szubszaharai Afrikában és Délkelet-Ázsiában - díjmentesen hozzáférjenek a projekt összes eredményéhez. (2)

(1) - http://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaa
(2) - https://ripe.illinois.edu/press/press-releases/scientist