Mahsul fotosentezini iyileştirmek ve küresel mahsul yetiştirme sorununu ele almak için yeni biyomühendislik stratejileri

2050 yılına kadar dünya nüfusunun 10 milyara ulaşacağı tahmin edilen bilim insanları, iklim değişikliğinin etkilerini azaltırken artan gıda talebi için küresel mahsul verimliliğini artırmanın yeni yollarını arıyor. Fotosentez, bitki büyümesi ve gelişmesinde hayati bir rol oynar ve bu biyolojik süreci iyileştirmek, mahsul verimini artırmak için bir strateji olarak ortaya çıkmıştır.

Bununla birlikte, fotosentez için önemli bir sınırlama, Calvin-Benson-Bassham döngüsünde Rubisco adı verilen enzim tarafından katalize edilen karbon sabitleme reaksiyonudur. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, bilim adamları CO’yu anlamaya ve tasarlamaya yöneldiler.2Merkezi CO olarak karboksizomları kullanan siyanobakteriler ve proteobakteriler gibi diğer organizmalarda bulunan konsantrasyon mekanizmaları (CCM’ler)2-organellerin sabitlenmesi, karbon fiksasyonunu arttırmak için.

Karboksizomlar, Rubisco ve karbonik anhidrazları bir virüs kapsidi gibi görünen nano ölçekli çokyüzlü bir protein kabuğu içinde kapsüller. CO verimliliğini artırırlar2 kabuk içinde birikmiş bikarbonat havuzu oluşturarak ve CO yükselterek sabitleme2 Rubisco’nun katalitik bölgeleri etrafındaki seviyeler. Bu nedenle karboksizomlar, ekosistemlerde daha yüksek fotosentetik verimlilikte ve bakteriyel büyümede önemli bir rol oynayarak küresel karbon döngüsüne büyük katkı sağlar. Ancak, böyle verimli CO2– büyük tarımsal C’de sabitleme sistemleri yoktur3 ekinler

Birleşik Krallık, Liverpool Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bitkiler için fonksiyonel karboksizomlar geliştirmek üzere bir proteobakteriden türetilen tüm a-karboksizom bileşenleri setini başarılı bir şekilde dönüştürerek bir çığır açmıştır. Bunu başarmak için araştırmacılar, karboksizom proteinleri üretmek için dokuz gen ve birçok düzenleyici içeren bir DNA kümesi oluşturmak için sentetik biyoloji kullandılar ve bir tütün bitki hücresinin kloroplast genomuna yabancı DNA’yı sokmak için kloroplast dönüşümü adı verilen bir teknik uyguladılar. Karboksizom oluşumu ve işlevi için gerekli olan Rubisco, karbonik anhidraz ve diğer ana yapısal bileşenleri başarılı bir şekilde tütün kloroplastlarına dönüştürdüler.

Araştırmacılar, bitki büyümesinin ve işlevinin kapsamlı karakterizasyonlarını gerçekleştirerek, tasarlanmış karboksizomların bitki fotosentezini ve büyümesini destekleyebildiğini ve %1 CO ile desteklenmiş havada tam bir yaşam döngüsü sağlayabildiğini gösterdi.2. Bu, mahsul üretkenliğini ve verimini artırmak için bitki mühendisliğini ilerletme arayışında önemli bir başarıdır.

Kıdemli yazar Profesör Luning Liu, “Bu çığır açan araştırma, ekin bitki kloroplastlarında fonksiyonel bakteriyel karboksizomların ilk başarılı mühendisliğini gösteriyor” dedi. “Bu çalışma, bitki büyümesini desteklemek için bir proteobakteriden tütün kloroplastlarına katalitik olarak daha hızlı bir Rubisco tasarlamaya yönelik son başarılı girişimimizi takip ediyor (Bitki hücresi 2023, DOI: 10.1093/plcell/koac348). Genel olarak, çalışmalarımız, ekin fotosentetik verimliliğini ve nihayetinde verimlerini artırmak için umut verici bir strateji olarak karboksizom mühendisliği yürütme çabalarımızda önemli bir adımı temsil ediyor. Bu, tarımda, sürdürülebilir tarım uygulamalarında devrim yaratma ve dünya nüfusunu sürdürülebilir bir şekilde beslememize yardımcı olma potansiyeline sahip.”

“ başlıklı bu çalışmaOtotrofik fotosentezi desteklemek için a-karboksizomların bitki kloroplastlarına dönüştürülmesi”, dergide yayımlandı. Doğa İletişimi (2023, 14, 2118. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37490-0 ).

Çalışma, Londra Imperial College ve İngiltere’deki Essex Üniversitesi ve Çin’deki Huazhong Ziraat Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla işbirliği içinde yürütüldü. Çalışma Birleşik Krallık Leverhulme Trust Araştırma Bursu, Kraliyet Derneği, Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi, Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı’ndan fon aldı.

İleriye dönük olarak, araştırmacılar tamamen işlevsel CO kurma potansiyelini araştırmayı planlıyorlar.2– ortam havasında bitki fotosentezini iyileştirmek ve pirinç ve buğday gibi diğer mahsul bitkilerinde karboksizom mühendisliğini genişletmek için kloroplastlardaki konsantre yollar.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir