Bilim adamları, artan mahsul verimi için "Ren Du Er nabzını" açtılar ve tarlada ilk kez süper tütün elde ettiler.
Artan küresel nüfusun gıda talebi nasıl karşılanır? Bilim adamlarının fikirlerinden biri de mahsulün verimliliğini artırmaktır. Bunlar arasında, fotorespirasyonu engellemek araştırma noktalarından biridir ve bu işlem fotosentez altında biriken büyük miktarda enerjiyi tüketecektir.
4 Ocak'ta, en iyi akademik dergi "Science" çevrimiçi olarak yeni bir çalışma yayınladı: bitki biyokimyasal yollarının dönüşümü, saha denemelerinde tütün üretim kapasitesini% 40'tan fazla artırdı. "İkinci Kap" bir "süper mahsul" haline geldi. Araştırma, Illinois Üniversitesi Carl R. Woz Genomik Biyoloji Enstitüsü'nde Bitki Bilimi ve Mahsul Bilimi Profesörü Profesör Donald Ort'ın ekibi ve ABD Tarım Bakanlığı'ndan araştırmacılar tarafından yapıldı.
Profesör Donald Ort
Araştırma ayrıca RIPE'nin (Artan Fotosentetik Verimliliği Gerçekleştirme) bir parçasıdır. RIPE, Illinois Üniversitesi tarafından yönetilmektedir ve proje üyeleri arasında Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı Fotosentez Araştırma Birimi, Aiscus Üniversitesi, Lancaster Üniversitesi, Avustralya Ulusal Üniversitesi, Çin Bilimler Akademisi Şangay Bitki Fizyolojisi ve Ekoloji Enstitüsü ve Avustralya Federal Bilim ve Teknoloji Komisyonu bulunmaktadır. , Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley ve Louisiana Üniversitesi, ABD, Bill Melinda Gates Vakfı (BMGF) ve diğer kurumlar tarafından desteklenmektedir. Ana hedef, mühendislik iyileştirmeleri yoluyla büyük mahsullerin fotosentez ışık enerjisinin verimliliğini artırmak, böylece mahsul verimini artırmak ve küresel gıda üretkenliğini sürdürülebilir şekilde artırmaktır.
Bitkilerde fotosentez, ribuloz difosfatın (RuBP) RuBisCO (ribuloz-1,5-bifosfat karboksilaz / oksijenaz) enzimi tarafından karboksilatlanmasını gerektirir. Bununla birlikte, RuBisCO enzimi karbondioksit ve oksijen arasında ayrım yapamaz.Etkisi altında, RuBP aslında iki sürece katılır: karbon elde etmek için enerji üreten ve karbonu serbest bırakmak için enerji tüketen Calvin döngüsü (fotosentezdeki karbon reaksiyonunun bir parçası). Hafif nefes alma.
Soya fasulyesi, pirinç ve buğday gibi çoğu C3 bitkisinde fotorespirasyon vardır. Fotorespirasyon ayrıca bitkiler tarafından geliştirilen, aşırı NADPH ve ATP'yi ortadan kaldırabilen ve hücre hasarı olasılığını azaltan bir kendini savunma yöntemidir. Genel olarak konuşursak, fotorespirasyon fotosentezin% 30'unu ortadan kaldırır, bu nedenle buna "Calvin döngüsündeki sızıntı" da denir.
Uzun süredir bilim adamları, dünyanın gıda sorunlarına çözüm sağlamak için genetik mühendisliği ve diğer yöntemlerle bitkilerin fotorespirasyonunu azaltmaya çalıştılar.
Ort, "Amerika Birleşik Devletleri'nin Ortabatı bölgesinde, her yıl 200 milyon insanı fotorespirasyonla tüketilen kalorilerle besleyebiliriz." Ort, "Kalorilerin bir kısmını bile küresel ölçekte geri kazanmak, 21. yüzyılda hızla artan gıda talebini karşılamaya büyük ölçüde yardımcı olacaktır. . "
Makalenin ilk yazarı Paul South, "Fotorespirasyon, fotosentezin bir yansımasıdır," diyor ve ekliyor: "Daha iyi büyümek ve verim elde etmek için fotosentez için kullanılabilecek değerli enerji ve bitkilerin kaynaklarını tüketiyor. . "
Ürünlerin orijinal fotorespirasyonu, 9 enzimatik adımı içeren karmaşık bir biyokimyasal yoldur ve reaksiyon, kloroplast, peroksizom ve mitokondrinin birçok farklı bölümünde de meydana gelir. Araştırma ekibi, orijinal yolu düzene koymak için üç alternatif ışık soluma yolu tasarladı.
Araştırmacılar, promoter genlerin kombinasyonunu değiştirmek için sentetik biyoloji yöntemlerini kullanıyor. Birinci alternatif yol 5 enzime indirgenmiştir, ikinci alternatif yol 3 enzim içerir ve üçüncü alternatif yol ise sadece 2 enzim gerektirir. Alternatif yol tasarımında tüm enzimler doğrudan kloroplasta gelir. Ekip ayrıca, fotorespiratuar yoldaki doğal kloroplast şeker alkol tuzu taşıyıcısını aşağı regüle etmek için RNA girişimini (RNAi) kullandı ve böylece bitkideki orijinal yolu engelledi.
Soldaki 4 bitki kontrol grubudur ve sağdaki 4 bitki değiştirilmiş bitkilerdir.
Sera koşullarında, üç alternatif yaklaşım farklı davranır. Kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, ilk yaklaşımda bitkilerin biyokütlesi% 13 arttı ve ikinci yaklaşımda önemli bir fark yoktu. Üçüncü yaklaşımda, biyokütle, RNA girişim teknolojisi kullanılmadan% 18 arttı. RNA girişim teknolojisi kullanılırsa, bu artış% 24'e çıkabilir.
Saha denemelerinin havadan görünümü.
Ek olarak, araştırma ekibi tütünü sahada gerçek testler yapmak için bir model olarak kullandı. Tütün, mahsul araştırmaları için ideal bir model bitkidir.Gıda mahsullerine göre modifiye etmek ve test etmek daha kolaydır, daha kısa bir yaşam döngüsüne sahiptir, çok sayıda tohum üretir ve diğer tarla mahsullerine benzer bir yaprak örtüsüne sahiptir.
Araştırmacılar, iki yıl boyunca iki farklı yetiştirme mevsiminde saha çalışmaları yürüttüler ve vahşi tip kontrol grubuna kıyasla, genetiği değiştirilmiş tütünün (üçüncü alternatif yol) biyokütlesinin% 25'ten fazla arttığını buldular. RNA girişim teknolojisi kullanılıyorsa, artış% 40'tan fazladır. Aynı zamanda, tarla denemesi tütününün fotosentez verimliliği% 17 arttı.
Alan denemeleri.
Makale, fotorespirasyonun genetik modifikasyonunun gerçekçi tarımsal koşullar altında ilk kez test edildiğinden bahsetti.
RIPE direktörü Stephen Long, Panama Kanalı'na olan kısayolu benzeterek, "Bu kanal, ticaretin verimliliğini büyük ölçüde artırdı ve fotorespirasyon kısayolu, tesis mühendisliğinin bir başarısı ve fotosentezin verimliliğini büyük ölçüde artırmak için benzersiz bir yoldur."
Makalenin yazarlarından biri olan Amanda Cavanagh, "Sıcaklık yükseldikçe, Rubisco'nun karbondioksiti oksijenden tanıması zorlaşıyor ve bu da daha fazla fotorespirasyona yol açıyor." Amacımız, akıntıya dayanıklı daha iyi bitkiler inşa etmek ve Gelecekte yüksek sıcaklık, insan gıda ihtiyaçlarını karşılayan teknolojilerin elde edilmesine yardımcı olacak. "Şu anda, araştırma ekibi bu bulguları soya fasulyesi, börülce, pirinç, patates, domates ve patlıcan üretimini artırmak için kullanıyor.
Ancak, bu teknolojinin gıda mahsullerine dönüştürülmesi ve düzenleyici kurumlar tarafından onaylanması 10 yıldan fazla sürebilir. Ancak araştırma ekibi, RIPE ve destek kurumlarının, özellikle Sahra altı Afrika ve Güneydoğu Asya'daki küçük çiftçilerin projenin tüm çığır açan sonuçlarını ücretsiz olarak alabilmelerini sağlamaya kararlı olduklarını söyledi.
