Kukuřice je jednou z nejvíce pěstovaných plodin na světě a je klíčová pro globální potravinovou bezpečnost. Stejně jako u jiných rostlin, růst a produktivita kukuřice mohou být omezeny pomalou aktivitou enzymu Rubisco, který je zodpovědný za asimilaci uhlíku během fotosyntézy. V nedávné studii publikované v Journal of Experimental Botany vědci z Boyce Thompson Institute (BTI) ukázali slibný přístup ke zvýšení produkce Rubisco, čímž zefektivnili fotosyntézu a celkový růst rostlin.

Studie se zabývala transgenní expresí tří klíčových proteinů: Rubisco Accumulation Factor 2 (Raf2) a velkých a malých podjednotek Rubisco. Nadměrnou expresí těchto proteinů vědci zvýšili obsah Rubisco, urychlili asimilaci uhlíku a podpořili vzrůst rostlin kukuřice. “Naše zjištění ukazují potenciál modifikace sestavování Rubisco ke zlepšení produktivity plodin,” řekla Kathryn Eshenour, výzkumnice BTI a první autorka studie. “Změnou exprese těchto proteinů můžeme odemknout kapacitu kukuřice pro efektivnější fotosyntézu a robustnější růst, i za náročných podmínek prostředí.” 

Výzkumný tým zjistil, že Raf1 a Raf2, i když působí v různých fázích sestavování Rubisco, mohou nezávisle zvýšit množství Rubisco a výkonnost rostlin. To otevírá možnosti pro další zlepšení kombinací těchto vlastností, což by mohlo vést k ještě větší fotosyntetické kapacitě. Zajímavé je, že transgenní rostliny také vykazovaly lepší odolnost vůči chladovému stresu, což je běžná environmentální výzva, která může výrazně ovlivnit výnosy plodin. Vědci pozorovali, že tyto rostliny si udržovaly vyšší fotosyntetické aktivity během expozice chladu a rychleji se zotavovaly po odeznění chladového stresu. 

Inovativní přístup týmu nabízí vzrušující možnosti pro další plodiny. Mnoho základních potravin s podobnými fotosyntetickými dráhami jako kukuřice (čirok, proso a cukrová třtina) by mohlo potenciálně těžit z tohoto přístupu, což by vedlo ke zvětšení výnosu. “Tato slibná technologie je jednou z několika, které se používají ke zlepšení fotosyntézy v plodinách,” řekl David Stern, profesor BTI a hlavní autor studie. “Pokračováním ve zkoumání složitostí sestavování Rubisco a jeho regulace můžeme zlepšit tuto důležitou část nástrojové sady pro zvyšování fotosyntézy v širokém spektru plodin.” 

Jak potravinová bezpečnost zůstává naléhavým problémem a dopady klimatických změn se stupňují, potřeba produktivnějších a adaptabilnějších plodin nikdy nebyla větší. Tento výzkum zdůrazňuje transformativní potenciál vědeckých řešení v oblasti rostlinné biologie pro řešení globálních výzev, což je příkladem závazku BTI k utváření budoucnosti, kde zemědělství prosperuje, biodiverzita je zachována a lidstvo má prospěch ze zdravějšího a udržitelnějšího světa.

Autor článku: Jan Šnábl

Zdroj:

• https://academic.oup.com/jxb/article-abstract/75/13/4024/7663272
• https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20853
• https://btiscience.org/explore-bti/news/post/transgenic-expression-of-rubisco-factors-increases-photosynthesis-and-chilling-tolerance-in-maize/
   

Zdroj: BIOTRIN