211service.com
Turbochargen van fotosynthese om de wereld te voeden
Twee neer, nog één te gaan. Onderzoekers hebben de tweede van drie belangrijke stappen voltooid die nodig zijn om de fotosynthese in gewassen zoals tarwe en rijst een boost te geven, iets dat voor veel planten de opbrengsten met ongeveer 36 tot 60 procent zou kunnen verhogen. Omdat het efficiënter is, kan de nieuwe fotosynthesemethode ook de hoeveelheid kunstmest en water verminderen die nodig is om voedsel te verbouwen.
Deze tabaksplant gebruikt genen uit bacteriën voor fotosynthese.
Onderzoekers van Cornell University en Rothamsted Research in het Verenigd Koninkrijk hebben met succes genen getransplanteerd van een type bacterie, cyanobacteriën genaamd, in tabaksplanten, die vaak worden gebruikt in onderzoek. Door de genen kan de plant een efficiënter enzym produceren voor het omzetten van koolstofdioxide uit de atmosfeer in suikers en andere koolhydraten. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .
Wetenschappers weten al lang dat sommige planten veel efficiënter zijn in het omzetten van koolstofdioxide in suiker dan andere planten. Deze snelgroeiende planten, C4-planten genaamd, bevatten maïs en vele soorten onkruid. Maar 75 procent van 's werelds gewassen (bekend als C3-planten) gebruikt een langzamere en minder efficiënte vorm van fotosynthese. Onderzoekers hebben lange tijd geprobeerd om sommige C3-planten, waaronder tarwe, rijst en aardappelen, te veranderen in C4-planten. De aanpak heeft de laatste tijd een boost gekregen door nieuwe, zeer nauwkeurige technologieën voor het bewerken van genen die worden toegepast op de C4 Rijstproject (zie Waarom we genetisch gemodificeerd voedsel nodig hebben).
De onderzoekers van Cornell en Rothamsted kozen voor een eenvoudiger benadering. In plaats van te proberen een C3-plant om te zetten in een C4-plant door de anatomie te veranderen en nieuwe celtypen en structuren toe te voegen, wijzigden de onderzoekers componenten van bestaande cellen. Als je een eenvoudiger mechanisme kunt hebben dat geen anatomische veranderingen vereist, is dat best goed, zegt Daniel Voytas , directeur van het Center for Genome Engineering aan de Universiteit van Minnesota.
In plaats van C4-planten na te bootsen, leenden de onderzoekers een driedelig fotosynthesemechanisme van cyanobacteriën. Ten eerste vormen eiwitten een speciaal compartiment in een plantencel waarin CO2 wordt geconcentreerd; ten tweede bevat het compartiment een snel enzym om die CO2 om te zetten; en ten derde gebruiken de cellen speciale pompen in hun membranen om CO2 de cellen in te leiden.
Eerder dit jaar hebben de onderzoekers cellen gemanipuleerd om de speciale CO2-compartimenten te vormen. Het nieuwe onderzoek zorgt voor het tweede deel: het snelle enzym. Voor het derde deel, de pompen, werken ze samen met andere onderzoekers. Uiteindelijk zullen de onderzoekers alle drie de onderdelen in dezelfde plant moeten plaatsen.
Maureen Hansen , een professor in de moleculaire biologie en genetica aan Cornell, zegt dat de vooruitgang niet zal worden gezien in commercieel geteelde voedselgewassen gedurende ten minste vijf of tien jaar.
Om dat te doen, is het niet eenvoudig een of twee genen te transplanteren. Het vereist de overdracht van 10 tot 15 genen en ervoor te zorgen dat de genen stabiel zijn, zegt Dean Prijs , hoogleraar geneeskunde, biologie en milieu aan de Australian National University. Price was niet betrokken bij het huidige onderzoek. Alleen dan kunnen uitgebreide veldtesten beginnen, samen met het reguleringsproces voor genetisch gemodificeerde gewassen.
De aanpak zal in eerste instantie waarschijnlijk beperkt zijn tot enkele planten die onderzoekers bijzonder goed kunnen genetisch wijzigen, zoals aardappelen, tomaten, aubergines en paprika's. Volgens Price zijn er echter genetische oplossingen die het snel mogelijk kunnen maken in een breder scala aan gewassen.