Spezzare la fotosintesi potrebbe aumentare le resa delle colture

E ‘difficile trovare un difetto di fronte ad un processo che può creare cibo dalla luce solare, acqua e aria, ma per molte piante, non vi è spazio per migliorare. I ricercatori hanno compiuto un passo importante verso il rafforzamento della fotosintesi progettando impianti con enzimi provenienti da alghe blu-verdi che accelerano il processo di conversione di anidride carbonica in zuccheri.

I risultati, pubblicati sulla rivista Nature, sormontano un ostacolo arduo nel il percorso per accrescere il rendimento delle piante, un obiettivo che sta assumendo sempre maggiore importanza dato che la popolazione mondiale cresce sempre di più. “Con la limitata capacità di aumentare l’utilizzo del territorio per l’agricoltura, c’è un enorme interesse nel cercare di migliorare il rendimento in tutte le grandi colture”, dice Steven Gutteridge, ricercatore presso la divisione di protezione agricola dell’azienda chimica DuPont a Newark, Delaware.

I ricercatori hanno a lungo voluto aumentare le rese concentrandosi sul Rubisco, l’enzima responsabile della conversione di anidride carbonica in zucchero. Il Rubisco è forse la proteina più abbondante sulla Terra, e può rappresentare fino alla metà di tutte le proteine ​​solubili che si trovano in una foglia. Ma uno dei motivi della sua abbondanza è la sua inefficienza: le piante producono tanto Rubisco in parte per compensare la sua catalisi lenta. Alcuni hanno stimato che lavorare sul Rubisco e trovare i modi per aumentare la concentrazione di anidride carbonica intorno ad esso, potrebbe generare fino a un aumento del 60% delle rese di colture come il riso e il grano.

La genetista delle piante Maureen Hanson della Cornell University di Ithaca, New York, e i suoi colleghi hanno deciso di prendere in prestito un Rubisco più veloce dal cianobatterio Synechococcus elongatus. Un team tra cui Hanson e il fisiologo vegetale Martin Parry della Rothamsted Research in Harpenden, Regno Unito, ha sotituito i geni batterici Rubisco nel genoma del cloroplasto, l’organello cellulare dove avviene la fotosintesi, nella pianta del tabacco (Nicotiana tabacum), un organismo modello comune per la ricerca nell’ ingegneria genetica. In alcune delle piante i ricercatori hanno anche aggiunto una proteina batterica che è stata pensata per aiutare il Rubisco a piegarsi correttamente. In altri, hanno aggiunto una proteina batterica che supporta strutturalmente Rubisco.

Entrambe le linee di tabacco sono state in grado di utilizzare il Rubisco batterico per la fotosintesi, ed entrambi hanno convertito la CO2 in zucchero più velocemente che nel tabacco normale. Lo studio fornisce una base importante per testare l’ipotesi che un Rubisco più veloce può produrre una pianta più produttiva, sostiene Donald Ort, biologo presso la University of Illinois a Urbana-Champaign. Ma la Hanson si affretta a sottolineare che la sua squadra dovrà fare di più prima che l’ipotesi si possa dimostrare.

Anche se il Rubisco batterico funziona più velocemente dell’enzima del tabacco, è anche più incline a sprecare energia reagendo con l’ossigeno, piuttosto che con la CO2. I batteri preposti alla fotosintesi superano questo problema con la creazione di strutture specializzate chiamate carboxysomes, che racchiudono l’enzima e creano un ambiente ricco di CO2, scoraggiando le reazioni inutili.

Senza carboxysomes, le piante ingegnerizzate di Hanson, che manifestano anche molto meno Rubisco delle piante normali, devono essere coltivate in camere che possono mantenere artificialmente alte concentrazioni di CO2. C’è speranza, tuttavia, che possano presto essere resi indipendenti. Nel mese di giugno, la squadra di Hanson ha segnalato la creazione di un tabacco che potrebbe generare strutture che assomigliano carboxysomes batteriche.

Il prossimo passo, dice Hanson, sarà quello di provare questo esperimento in piante che esprimono la turbo carica del Rubisco catterico. Ort sostiene che potrebbe essere possibile generare piante di tabacco con carboxysomes funzionali nei prossimi cinque anni.

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