Lepsza fotosynteza to wyższe plony

Rośliny używają fotosyntezy do zamiany dwutlenku węgla i wody w węglowodany z użyciem energii świetlnej. Najważniejszy jest w niej proces wiązania węgla przy pomocy enzymu zwanego RuBisCo, który wyewoluował 3,5 miliarda lat temu u fotosyntetyzujących bakterii.

Wiele roślin uprawnych, włączając w to pszenicę, jęczmień, ryż, soję i ziemniaki, używa RuBisCo w nieefektywnym szlaku, znanym jako fotosynteza C3, do wiązania węgla. Trawy, takie jak kukurydza, wyewoluowały później i zmieniły strukturę oraz biochemię liści, wykorzystując RuBisCo w bardziej wydajnym szlaku fotosyntezy C4.

Finansowany przez UE projekt "3to4: Converting C3 to C4 photosynthesis for sustainable agriculture" (3TO4) ma na celu przeniesienie cech odpowiadających za wydajność fotosyntezy u roślin C4 do roślin spożywczych i paliwowych. Można to osiągnąć przez genetyczną zmianę rozwoju liści, biologii komórkowej i szlaków biochemicznych w roślinach C3, lecz najpierw badacze muszą lepiej zrozumieć procesy zachodzące w roślinach C4.

Rozpoczęto tworzenie szczegółowego modelu całego procesu fotosyntezy C4, obejmującego umiejscowienie i sposób syntezy węglowodanów. Zidentyfikowano genetyczne różnice między roślinami C3 a C4, obejmujące te kontrolujące rozwój specyficznych tkanek, które pozwalają roślinom C4 skuteczniej wiązać węgiel.

Badacze zidentyfikowali również modyfikacje enzymów, które są istotne dla fotosyntezy C4, jak również geny regulatorowe kontrolujące wytwarzanie związanych z C4 produktów genetycznych. Te dane umożliwią wprowadzenie niektórych składników szlaku C4 do roślin C3, aby stworzyć całkowicie nowe rośliny C4.

Wprowadzenie cech charakterystycznych fotosyntezy C4 do roślin C3 powinno ulepszyć plony, zmniejszyć areał potrzebny do uprawy i uodpornić rośliny na suszę. Poprzez szkolenie młodych badaczy, zwiększanie możliwości badawczych w Europie i angażowanie interesariuszy z przemysłu, projekt 3TO4 zapewni również stabilną podstawę do długoterminowych badań fotosyntezy.