Als het om eten gaat, kijkt de mensheid naar de loop van een geweer. De wereldbevolking zal aanzwellen Bijna 9,8 miljard in 2050, wat leidt tot een verwachte 60 procent toename van de vraag naar voedsel. De verwoestende effecten van klimaatverandering komen onze landbouw niet ten goede.
Maar er kan een positieve kant zijn – en het impliceert een achteruitgang in ontwikkeling.
Onderzoekers van de Cornell University hebben een manier gevonden om een oude vorm van een enzym, Rubisco of RuBisCo genaamd, nieuw leven in te blazen, dat miljoenen jaren geleden de fotosynthese in planten verhoogde, toen de aarde de heetste klimaten van de afgelopen 50 miljoen jaar doormaakte. Bij De studie werd op 15 april gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgangIn deze studie konden onderzoekers moderne versies van Rubisco gebruiken om een idee te krijgen van hoe het enzym er in de oudheid uitzag. Als gevolg hiervan kunnen wetenschappers mogelijk opnieuw hun kracht gebruiken om ervoor te zorgen dat onze gewassen van de toekomst in staat zijn zich aan te passen en de klimaatverandering te weerstaan, en ons te voorzien van alle verse groenten, fruit en granen die we nodig hebben.
Hoewel planten koolstofdioxide opnemen en zuurstof produceren, zijn ze niet volledig in staat om koolstofdioxide in zijn huidige gasvorm eenvoudigweg te benutten. Rubisco, een afkorting voor ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase en het meest voorkomende enzym op aarde, zet koolstofdioxide om in een biologisch vriendelijke vorm, die planten gebruiken om hun weefsels op te bouwen.
Een van de problemen met rubisco is dat het ook reageert met zuurstof. Deze ongewenste vermenging resulteert in giftige bijproducten die de fotosynthese vertragen en zo de gewasopbrengst beïnvloeden. Wetenschappers hebben gezocht naar manieren om dit probleem te verminderen en de gewasproductie te verbeteren door planten genetisch te manipuleren Een van algen afgeleide vorm van het enzym of andere wijzigingen. Maar deze inspanningen moeten nog vruchten afwerpen.
Om dit mysterie op te lossen, maakten Cornell-onderzoekers een trip down memory lane – 25 tot 50 miljoen jaar geleden, toen de aarde veel heter was dankzij grote hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer (500 tot 800 delen per miljoen, vergeleken met 413 delen per miljoen) . Geschat in 2020). Dit betekende dat de hedendaagse rubisco waarschijnlijk een voorouderlijke versie had die was aangepast om te werken onder hoge niveaus van koolstofdioxide.
Het Cornell-team creëerde fylogenie, een boomachtig diagram dat de evolutionaire relaties tussen zijn leden volgt en laat zien hoe ze evolueerden van een gemeenschappelijke voorouder. Dit deden ze door de Robisco-genen te analyseren in planten van de nachtschadefamilie (Aubergine), waaronder aardappelen, paprika’s, tomaten, aubergines en tabak. En uit deze stamboom konden de onderzoekers de biologische activiteit van bijna honderd van deze potentiële oude edelsteen in het laboratorium creëren en meten met behulp van bacteriën. coli-bacteriën.
Maureen Hanson en Mate Lin werken in hun laboratorium in het Biotechnology Building van Cornell University.
Cornell University Met dank aan
“Door veel te krijgen [genetic] Door de Rubisco in bestaande planten te rangschikken, kan een fylogenetische boom worden gebouwd om erachter te komen welke rubiscus 20 tot 30 miljoen jaar geleden het meest waarschijnlijk aanwezig was,” Maureen Hanson, een moleculair bioloog bij Cornell en hoofdauteur van de nieuwe studie, Hij zei in een persbericht:. “We hebben voorspelde voorouderlijke enzymen kunnen identificeren die superieure eigenschappen hebben in vergelijking met de huidige enzymen.”
De volgende grote stap van het onderzoeksteam zal zijn om de gereconstrueerde kopieën van de Rubisco-genen over te brengen naar planten van de Solanaceae-familie zoals tomaten en mogelijk andere zoals rijst of sojabonen en te kijken of de fotosynthetische activiteit de gewasopbrengst verbetert en ondersteunt.
“Voor de volgende stap willen we de genen voor het rubiko-enzym in tabak vervangen door deze overgeërfde sequenties met behulp van CRISPR-technologie. [gene-editing] “We hopen zeker dat onze experimenten zullen aantonen dat door de Robiko aan te passen aan de huidige omstandigheden, we planten zullen hebben die een grotere opbrengst zullen geven”, zei Hanson.
Voor een compacte planeet met hongerige monden om te voeden, klinkt dat als een goed begin.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”