Laura Gunn, okuldan yardımcı doçent Cornell’deki Ziraat ve Yaşam Bilimleri Koleji’ndeki Bütünleştirici Bitki Bilimi Bitki Biyolojisi Bölümü’nden Dr. Bakterileri aracı olarak kullanarak yüksek verimli kırmızı alglerin önemli kısımlarını bir tütün bitkisine entegre etmeyi başardılar.
Tarımsal verimliliği artırmaya yönelik önemli bir adımı temsil eden bu çalışma, yakın zamanda Nature dergisinin kapağında yer aldı. Bitkiler.
Araştırma, Dünya üzerindeki her ekosistemde en bol bulunan protein olan Rubisco’yu merkez alıyor. Rubisco, karbonu sabitleyerek fotosentezin ilk adımını gerçekleştirir ve bitkiler, kırmızı ve yeşil algler ve bakteriler de dahil olmak üzere çok çeşitli organizmalarda çeşitli biçimlerde görünür. Rubisco yavaştır ve oksijen ile karbondioksit arasında ayrım yapmakta zorlanır, bu Gunn ve diğer birkaç Cornellian’ın üzerinde çalıştığı bir sorundur. Sonuç olarak, Rubisco genellikle bitki büyümesini ve mahsul verimini sınırlar.
Bir kırmızı alg türü olan Griffithsia monilis (Gm), karbonu sabitlemede karasal olanlar da dahil olmak üzere diğer organizmalarda Rubisco’dan %30 daha verimli olan Rubisco içerir. ekinler En az 20 yıldır, bilim adamları üretkenliklerini artırmak için yüksek verimli GmRubisco’yu pirinç, buğday, soya fasulyesi ve tütün gibi bitkilere nakletmekle ilgileniyorlar; ancak şimdiye kadar hiç kimse bitkileri bunu ifade etmeleri için başarılı bir şekilde ikna edemedi. Bunun nedeni, Rubisco’nun proteinin katlanması, bir araya gelmesi ve aktif olması için gerekli olan birden fazla “şaperon” gerektirmesidir – tütün bitkilerinde bu tür yedi yardımcı vardır – ve kırmızı alglerdeki şaperonların çoğu bilinmemektedir, dedi Gunn.
{ 6}Gunn ve ortak yazarları, çalışmalarında GmRubisco’nun 3B yapısını çözebildiler ve bu bilgiyi Rhodobacter sphaeroides’ten (RsRubisco) az sayıda bölgeyi bakteriyel bir Rubisco’ya başarıyla aşılamak için kullandılar.
Gunn, “RsRubisco çok verimli değil, ancak GmRubisco ile çok yakından ilişkili – kuzenler gibiler – bu, kara bitkisi Rubisco’nun aksine aşılanmış dizileri kabul ettiği anlamına geliyor” dedi. “RsRubisco ayrıca kara bitkilerinde katlanıp bir araya gelmesi için herhangi bir özel koruyucuya ihtiyaç duymuyor.”
Değişiklik, Rubisco’nun karbon fiksasyon sürecini başlatma hızı olan karboksilasyon oranını %60 artırdı, artırıldı karboksilasyon verimini %22 artırdı ve RsRubisco’nun karbondioksit ile oksijeni ayırt etme yeteneğini %7 artırdı. Yazarlar daha sonra bakteriyel mutantlarını, değiştirilmemiş RsRubisco ile yetiştirilen tütüne kıyasla fotosentezi ve bitki büyümesini ikiye katladığı tütüne naklettiler. Gunn, Tütünün Rubisco’yu manipüle etmek için en kolay kara bitkisi olduğunu ve bu nedenle agronomik olarak daha alakalı türlere aktarılabilecek daha verimli bir Rubisco geliştirmek için bir test vakası işlevi gördüğünü söyledi.
“İleride değiliz. Gunn, yabani tür tütünden daha iyi performans gösterdiğimiz bir nokta, ancak doğru yoldayız, dedi. “Rubisco performansında yalnızca oldukça mütevazı iyileştirmelere ihtiyacımız var, çünkü tüm büyüme mevsimi boyunca çok küçük bir artış bile bitki büyümesi ve veriminde büyük değişikliklere yol açabilir ve potansiyel uygulamalar birçok sektörü kapsar: daha yüksek tarımsal üretim; daha verimli ve uygun fiyatlı biyoyakıt üretimi; karbon ayırma yaklaşımları; ve yapay enerji olanakları.”
Referans: “Kataliz ve bitki büyümesini hızlandırmak için kırmızı alg Rubisco ile Rhodobacter sphaeroides aşılama” yazan Yu Zhou, Laura H. Gunn, Rosemary Birch, Inger Andersson ve Spencer M. Whitney, 8 Haziran 2023, Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-023-01436-7
Araştırma, Avustralya Araştırma Konseyi Translasyonel Fotosentez Mükemmeliyet Merkezi, Formas Future tarafından desteklenmiştir. Araştırma Liderleri ve Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu.