Wspierani przez UE naukowcy opracowali rozwiązanie, które może zwiększyć plony przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia zasobów, co umożliwi w przyszłości bardziej zrównoważoną produkcję żywności.
Światowe zapotrzebowanie na żywność stale rośnie. Ze względu na wzrost liczby ludności na świecie i rosnące dochody w krajach rozwijających się oczekuje się, że do 2050 roku światowe zapotrzebowanie na żywność ulegnie podwojeniu. Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, rolnictwo musi być wydajniejsze i mieć bardziej zrównoważony charakter. Ilość plonów rolnych będzie musiała wzrastać o 2,4 % każdego roku, co stanowi duże wyzwanie, biorąc pod uwagę fakt, że plony głównych roślin uprawnych, takich jak kukurydza, ryż i pszenica, zwiększają się obecnie o 1 % rocznie.
Zespół badawczy pod kierunkiem Andreasa Webera z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Niemczech opracował rozwiązanie mające pomóc w uzyskaniu bardziej wydajnych roślin, których uprawa zużywa mniej zasobów. Rozwiązanie to, opracowane przy wsparciu finansowanego ze środków UE projektu GAIN4CROPS, skupia się na fotooddychaniu i metabolizmie roślin typu C4, czyli dwóch głównych zagadnieniach mających na celu poprawę wydajności upraw. Badanie opublikowano w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”.U większości gatunków roślin na świecie, zwanych roślinami typu C3 ze względu na zawierający trzy cząstki węgla związek, 3-fosfoglicerynian, który powstaje podczas wiązania CO2, fotooddychanie jest nieekonomicznym procesem metabolicznym. Proces ten rozpoczyna się, gdy enzym wiążący węgiel, karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBisCO), oddziałuje na tlen zamiast na CO2, tworząc toksyczne produkty, które roślina musi zutylizować. W trakcie tego procesu roślina traci znaczną część energii wytworzonej w wyniku fotosyntezy i uwalnia wcześniej związany węgiel, co skutkuje obniżeniem wydajności. Jednakże w roślinach typu C4 – nazwanych tak ze względu na zawierający cztery cząstki węgla związek, który powstaje podczas fotosyntezy – możliwe jest zminimalizowanie procesu fotooddychania poprzez użycie podczas pierwszego etapu wiązania węgla enzymu innego niż RuBisCO.
Aby ograniczyć szkodliwy wpływ fotooddychania, poprawić wzrost i zwiększyć plony z roślin, naukowcy wprowadzają nowe szlaki metaboliczne w celu ominięcia procesu fotooddychania lub imitują mechanizmy koncentracji węgla w roślinach typu C4. Rozwiązanie opracowane przez niemiecki zespół badawczy łączy dwa główne cele w zakresie poprawy metabolizmu roślin poprzez połączenie fotooddychania i metabolizmu roślin typu C4. Jak czytamy w komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie projektu GAIN4CROPS, naukowcy „przekształcili nowatorską drogę obejścia procesu fotooddychania, mikrobiologiczną ścieżkę BHAC, w mechanizm zachowujący węgiel w roślinach”. Wprowadzili oni enzymy ze szlaku BHAC do rośliny modelowej, rzodkiewnika pospolitego (Arabidposis thaliana) i z powodzeniem przekształcili „toksyczny produkt fotooddychania w czynnik stymulujący syntetyczny cykl C4, bez rozpraszania węgla, azotu czy energii”.
Badanie mające na celu weryfikację poprawności tego rozwiązania otwiera drogę do zwiększenia wydajności rolnictwa w przyszłości. „Poprawa zrównoważonego rozwoju jest prawdopodobnie największym wyzwaniem XXI wieku, i nawet jeśli w zakresie tym nie istnieje jedno idealne rozwiązanie, to połączenie różnych metod może przynieść istotną poprawę”, zauważył prof. dr Weber w tym samym komunikacie prasowym.
W ramach projektu GAIN4CROPS (Rewiring photorespiration using natural and synthetic pathways to sustainably increase crop yield) naukowcy opracowują syntetyczne szlaki metaboliczne o wysokiej wydajności, które wzmacniają wiązanie węgla. Celem projektu jest przyczynienie się do zaspokojenia potrzeb żywnościowych i paliwowych rosnącej światowej populacji, która stoi w obliczu wyzwań związanych ze zmianą klimatu.
Więcej informacji:
poleca:
