A fotoszintézis mesterséges feljavítása jelentősen megnövelheti a terméshozamot

A növények fényből és szén-dioxidból termelnek szerves anyagot és szolgáltatnak energiát más lényeknek. A fotoszintézis biokémiai folyamatában vannak olyan pontok, melyek a mechanizmus összetettsége és a nyersanyagok hiánya miatt lassabban mennek végbe. Az Essexi Egyetem tudósai két olyan kritikus pontot találtak a reakciósorozatban, melynek mesterséges megtámogatásával 27 százalékot tudtak növelni a növények termelékenységén. A valós terepi körülmények között megvalósult felfedezés már a harmadik a RIPE (Megvalósuló Megnövekedett Fotoszintetikus Hatékonyság) kutatási projektjében.

A Science Daily cikke alapján a Magyar Mezőgazdaság írta meg, hogy Christine Raines, az Essexi Egyetem professzora, a kutatás helyettes kancellárja szerint ebben a században a globális mezőgazdaság számára a legnagyobb kihívást a növekvő világnépesség jelenti. A becslések szerint az emberiség létszáma 2050-re eléri a 9,7 milliárd főt. Annak érdekében, hogy elegendő növényt lehessen előállítani a világ táplálékszükségletéhez, egy második Zöld Forradalomra van szükség, ami növeli a megtermelhető termésmennyiséget. A fotoszintézis egy nagyon összetett folyamat, ami körülbelül 170 lépésből és további alfolyamatokból áll. A mechanizmus során csupán napfényből és szén-dioxidból keletkezik gyakorlatilag élelem.

Felgyorsították a fotoszintézis leglassabb folyamatait

A fotoszintézis folyamata hasonló egy gyár működéséhez: csak annyira lehet gyors, mint a leglassabb lépés. Egy gyár termelékenysége is csökken, ha korlátozottak a készletek, a szállítmányozási utak és a megbízható gépek száma. Ezért annak érdekében, hogy kiderüljön, mi a korlátozó tényező a fotoszintézis esetében, illetve, hogy megtudják, hogyan képesek hatékonyabban cukrot előállítani a növények, a kutatók modellezték a folyamat mind a 170 lépését.

„Azonosítottunk néhány lépést, ahol úgymond nincs elég "hajtóerő" - mondta a kutatásról Patricia Lopez-Calcagno, az Essexi Egyetem PhD kutatója. A tanulmányt szerző szakemberek leírták, hogy a kísérletek során a növények növekedését két korlátozás feloldásával 27 százalékkal növelték. Az egyik kritikus pont a fotoszintézis első részében volt, ahol a növények a fény energiát kémiai energiává alakítják. A másik pedig a folyamat második részében, a Calvin-Benson ciklusban, ahol a szén-dioxid a cukrokba rögzül.

A fény kémia energiájának átalakításánál citokróm C6-ot, egy hatékonyabb transzportfehérjét adtak a folyamathoz, ami az algákban is hasonló feladatokat lát el. A Calvin-Benson ciklusnál pedig a cianobaktériumokból származó SBPase nevű kulcsenzim mennyiségét növelték meg. A kutatócsapat továbbá javította a növények vízfelhasználásának hatékonyságát is.

A három felfedezés együtt jelentős termésnövekedést eredményez

A tanulmány izgalmas lehetőséget kínál három megerősített és független módszer ötvözésére a növényi termelékenység 20 százalékos növekedésének elérésére - mondta Stephen Long, a RIPE igazgatója, az Ikenberry Endown Egyetem, Carl R. Woese Genomikai Intézet Növénytudományi és Növénybiológiai Tanszékének elnöke. A modellezésünk szerint ez az áttörés a RIPE projekt két korábbi felfedezésével összekapcsolva akár 50–60 százalékos hozamnövekedést is jelenthet az élelmiszernövények esetében - mondta.