Znanstvenici probijaju grešku fotosinteze kako bi biljke postale 40 posto veće

Ryan Whitwam

Sav taj kisik u kojem uživate u disanju ne pojavljuje se samo čarobno u atmosferi. Zemlja je dopadljiva, jer biljke širom svijeta crpe kisik kao nusprodukt fotosinteze, a neke od njih postaju i ukusna kultura hrane. Međutim, fotosinteza nije savršena unatoč mnogim eonskim usavršavanjima. Znanstvenici sa Sveučilišta u Illinoisu radili su na ispravljanju nedostatka fotosinteze, a to bi moglo povećati prinose usjeva za čak 40 posto.

U središtu je novog istraživanja proces u biljkama koji se naziva fotorespiracija, a koji nije toliko dio fotosinteze koliko je posljedica toga. Kao i mnogi biološki procesi, fotosinteza ne funkcionira pravilno 100 posto vremena. U stvari, jedna od glavnih reakcija u fotosintezi je samo oko 75 posto djelotvorna. Promjena dolazi u procesu koji biljke poduzimaju zbog te neučinkovitosti.

U fotosintezi biljke uzimaju vodu i ugljični dioksid te ih prerađuju kako bi stvorili šećere (hranu) i kisik. Biljkama ne treba kisik, pa ih istjera. Srećom, potreban nam je kisik i istiskujemo ugljični dioksid.

Problem koji je riješen u novoj studiji je s enzimom zvanim ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza-oksigenaza (RuBisCO). Ovaj proteinski kompleks veže molekulu ugljičnog dioksida ribuloza-1,5-bisfosfat (RuBP). Tijekom godina, atmosfera Zemlje je postala oksigenizirana, a to znači da se RuBisCO mora nositi s više molekula kisika pomiješanih s ugljičnim dioksidom. Otprilike četvrtine vremena, RuBisCO greškom hvata molekulu kisika, i to ima posljedice unutar biljke.

Znanstvenici Don Ort (desno), Paul South (u sredini) i Amanda Cavanagh (lijevo) proučavaju koliko su dobre biljke modificirane da zaobiđu fotorespiranje pored nemodificiranih biljaka u stvarnim uvjetima.

Kad se RuBisCO zaglavi, biljke ostaju otrovni nusprodukti poput glikolata i amonijaka. Potrebna je energija za obradu ovih spojeva (putem fotorespiracije), koja se dodaje gubitku energije zbog neučinkovitosti fotosinteze. Autori studije napominju kako riža, pšenica i soja pate od ovog gnjava, a RuBisCO postaje još manje precizan s porastom temperature. To znači da bi se zalihe hrane mogle smanjiti kako globalno zagrijavanje postaje sve ozbiljnije.

Popravak je dio programa koji se naziva Realizing povećana fotosintetska učinkovitost (RIPE), a oslanja se na uvođenje novih gena koji poboljšavaju rast. Obično fotorespiracija vodi krug i složen put kroz tri različite stanične organele. Ona troši ATP (energetsku valutu ćelija) koja bi trebala biti biljka veća i jača. RIPE se fokusira na bržu i energetski učinkovitiju fotorespiranu.

Tim je razvio tri alternativna puta koristeći nove genetske sekvence. Optimizirali su te putove kroz 1.700 različitih biljaka kako bi identificirali najbolje pristupe. Tijekom dvije godine, istraživači su testirali sekvence pomoću modificiranih biljaka duhana. To je uobičajena biljka u znanosti jer je njegov genom izuzetno dobro razumljiv.

Te su biljke proizvele oko 40 posto više biomase od ne-modificiranih. To upućuje na to da učinkovitiji fotospiratorni putevi štede biljku znatnu energiju koja može umjesto toga krenuti u rast. Sljedeći je korak uključivanje gena u prehrambene kulture poput soje, graha, riže i rajčice.

Možda će biti potrebno nekoliko godina da se revidirani geni fotorespiracije integriraju u prehrambene kulture koji su složeniji od duhana. Tada bi biljke morale biti odobrene za prehranu ljudi od strane regulatora - to nije lako djelo, a česte su i naučno protivljenje genetski modificiranim kulturama. RISE je podržan od neprofitnih organizacija širom svijeta, uključujući Bill & Melinda Gates Foundation. Sva sjemena razvijena u okviru RISE-a bit će besplatna.

Sada pročitajte:

  • Znanstvenici otkrivaju kako ugađati biljne genome da bi se potaknula fotosinteza
  • Posada međunarodne svemirske stanice jede prvu ikad salatu uzgojenu u svemiru
  • Nova biotehnička pšenica daje gljivicama prst bez dodavanja novih gena
  • Nova biotehnička pšenica daje gljivicama prst bez dodavanja novih gena

Izvorno objavljeno na www.extremetech.com 7. siječnja 2019. godine.