211service.com
Turboladdande fotosyntes för att mata världen
Två ner, en kvar. Forskare har slutfört det andra av tre viktiga steg som krävs för att ladda fotosyntesen i grödor som vete och ris, något som kan öka avkastningen med cirka 36 till 60 procent för många växter. Eftersom den är effektivare kan den nya fotosyntesmetoden också minska mängden gödningsmedel och vatten som behövs för att odla mat.
Denna tobaksplanta använder gener tagna från bakterier för fotosyntes.
Forskare vid Cornell University och Rothamsted Research i Storbritannien transplanterade framgångsrikt gener från en typ av bakterier – kallade cyanobakterier – till tobaksplantor, som ofta används i forskning. Generna gör att växten kan producera ett mer effektivt enzym för att omvandla koldioxid från atmosfären till sockerarter och andra kolhydrater. Resultaten publiceras idag i tidskriften Natur .
Forskare har länge vetat att vissa växter är mycket effektivare på att omvandla koldioxid till socker än andra växter. Dessa snabbväxande växter - kallade C4-växter - inkluderar majs och många typer av ogräs. Men 75 procent av världens grödor (kända som C3-växter) använder en långsammare och mindre effektiv form av fotosyntes. Forskare har länge försökt att förändra vissa C3-växter – inklusive vete, ris och potatis – till C4-växter. Tillvägagångssättet har fått ett uppsving på sistone av nya högprecisionsteknologier för genredigering som tillämpas på C4 Rice Project (se Varför vi behöver genetiskt modifierade livsmedel).
Cornell och Rothamsted-forskarna tog ett enklare tillvägagångssätt. Istället för att försöka omvandla en C3-växt till en C4-växt genom att ändra dess anatomi och lägga till nya celltyper och strukturer, modifierade forskarna komponenter i befintliga celler. Om du kan ha en enklare mekanism som inte kräver anatomiska förändringar, är det ganska bra, säger Daniel Voytas , chef för Center for Genome Engineering vid University of Minnesota.
Istället för att efterlikna C4-växter lånade forskarna en tredelad fotosyntesmekanism från cyanobakterier. Först bildar proteiner ett speciellt fack i en växtcell som koncentrerar CO2; för det andra innehåller facket ett snabbt enzym för att omvandla denna CO2; och för det tredje använder cellerna speciella pumpar i sina membran för att leda in CO2 i cellerna.
Tidigare i år konstruerade forskarna celler för att bilda de speciella CO2-facken. Den nya forskningen tar hand om den andra delen – det snabba enzymet. De samarbetar med andra forskare om den tredje delen, pumparna. I slutändan kommer forskarna att behöva sätta ihop alla tre delarna i samma anläggningar.
Maureen Hansen , professor i molekylärbiologi och genetik vid Cornell, säger att framstegen inte kommer att ses i kommersiellt odlade matgrödor på minst fem eller tio år.
Att göra det kommer inte att vara en enkel fråga om att transplantera en eller två gener. Det kommer att kräva överföring av 10 till 15 gener, och se till att generna är stabila, säger Dean Price , professor i medicin, biologi och miljö vid Australian National University. Price var inte involverad i den aktuella forskningen. Först då kan omfattande fälttester påbörjas, tillsammans med regleringsprocessen för genetiskt modifierade grödor.
Tillvägagångssättet kommer troligen att vara begränsat till en början till ett fåtal växter som forskare är särskilt bra på att genetiskt modifiera, såsom potatis, tomater, aubergine och paprika. Men, säger Price, det finns genetiska lösningar som snabbt kan göra det möjligt i ett bredare utbud av grödor.