كيفية تلبية الطلب سكان العالم المتزايد على الغذاء؟ فكرة علماء واحد هو لتحسين إنتاجية المحاصيل. حيث قمع تنفس ضوئي الإحداث هو حار، وفقدان الطاقة في عملية تراكم كمية كبيرة من التمثيل الضوئي.

4 يناير، أعلى المجلة الأكاديمية "العلوم" (العلوم) دراسة جديدة نشرت على الانترنت: تحويل المسارات البيوكيميائية النبات، والتجارب الميدانية في مجال الطاقة الإنتاجية التبغ بنسبة أكثر من 40 في المئة، ودعا فتح "روندو اثنين من الأوردة، "أصبح" المحاصيل السوبر ". في دراسة قامت بها علوم النبات بجامعة إلينوي، المحاصيل أستاذ العلوم في معهد الجينوم أستاذ علم الأحياء كارل R. ارد ودونالد أورت فريق من الباحثين إلى وزارة الزراعة الأمريكية.

البروفيسور دونالد أورت

الدراسة أيضا RIPE (طريقة البحث لتعزيز كفاءة خطط الضوئي تحقيق زيادة الكفاءة الضوئى) جزء. أدى RIPE من جامعة إلينوي، والتي تشمل أعضاء المشروع وزارة خارجية الولايات المتحدة وحدة الزراعة الضوئي البحوث، جامعة فينيكس أسبن بريطانيا، جامعة لانكستر، المملكة المتحدة، الجامعة الوطنية الاسترالية، والأكاديمية الصينية للعلوم في معهد فسيولوجيا النبات وعلم البيئة، شنغهاي، أستراليا، الولايات المتحدة bangko العمل ، جامعة كاليفورنيا، بيركلي وجامعة ولاية لويزيانا، بيل - دعم ميليندا غيتس (BMGF) وغيرها من الوكالات. والهدف الرئيسي هو تحسين التمثيل الضوئي المحاصيل كفاءة استخدام الضوء الرئيسية من خلال تحسين الهندسة، وتحسين إنتاجية المحاصيل زيادة الإنتاجية على نحو مستدام الغذاء العالمية.

في النباتات، التركيب الضوئي يتطلب bisphosphate ريبولوز (من RuBP) في إطار عمل الانزيم RuBisCO (ريبولوز-1،5-bisphosphate كربوكسيلاز / أوكسيجيناز) تحدث كرسلة. ومع ذلك، الانزيم لا يميز بين ثاني أكسيد الكربون RuBisCO والأكسجين، في دورها، في الواقع، والمشاركة في العمليتين من RuBP: الطاقة المولدة التي تم الحصول عليها في الكربون دورة كالفين (الكربون في إطار رد الفعل التمثيل الضوئي)، واستهلاك الكربون إطلاق الطاقة التنفس الخفيف.

في معظم النباتات الطبقة C3، مثل فول الصويا، والأرز، بذور القمح، وهناك تنفس ضوئي الإحداث. تنفس ضوئي الإحداث أيضا تطورت النباتات وسيلة للدفاع عن النفس، للقضاء على NADPH الزائد وATP، قد يقلل من تلف الخلايا. عموما، سوف تنفس ضوئي الإحداث تعويض 30 من التمثيل الضوئي، ومن المعروف أيضا باسم "الهروب من دورة كالفين."

لفترة طويلة، والعلماء يحاولون الهندسة الوراثية وطرق أخرى في محاولة للحد من النباتات تنفس ضوئي الإحداث، وتوفير حلول لمشكلة الغذاء في العالم.

وقال أورت "،" في الغرب الأوسط، ونحن يمكن تشغيلها من السعرات الحرارية في التنفس المستهلكة سنويا لإطعام 200 مليون شخص. "حتى إذا كان جزء من استرداد الحرارة على نطاق عالمي، سوف كثيرا مساعدة في تلبية الطلب المتزايد على الغذاء في القرن 21 ".

"التنفس هو عملية التمثيل الضوئي لمكافحة ضوء"، ويقول أول مؤلف بول الجنوب "، فإنه يستهلك الطاقة والموارد النباتية الثمينة والطاقة والموارد التي يمكن أن تكون عملية التمثيل الضوئي المستخدمة لزراعة والحصول على عائد أفضل ".

تنفس ضوئي الإحداث المحاصيل الأصلي هو مسار الكيمياء الحيوية المعقدة، الخطوة 9 تنطوي على رد الفعل المحفز انزيم سوف تحدث في عدد وافر من أجزاء مختلفة من البلاستيدات الخضراء، جسيم تأكسدي، والميتوكوندريا. ابتكر فريق من الباحثين ثلاث طرق بديلة التنفس الخفيف لتبسيط المسار الأصلي.

استخدم الباحثون الحيوي طريقة تغيير تركيبات مروج الجين. وأول الإنزيمات مسار بديلة تبسيط 5، طريقا بديلا الثاني، وهناك ثلاثة أنواع من الإنزيمات، وهو مسار بديل ثالث يتطلب سوى اثنين من الانزيمات. كل من الانزيم مسار بديل في كل من تصميم مباشرة في بلاستيدات الخضراء. فريق تستخدم أيضا تدخل الحمض النووي الريبي (RNA التدخل، رني)، من مواليد بلاستيدات الخضراء آلكوكسيد نقل السكر إلى أسفل الطريق تنفس ضوئي الإحداث، الأمر الذي يعيق المسار الأصلي في النباتات.

غادر 4 كما السيطرة على المجموعة، والحق الأربعة للتحول من النباتات.

في ظل الظروف المسببة للاحتباس الحراري، ثلاثة أنواع من أداء مسار بديل آخر. مقارنة مع مجموعة السيطرة، والنهج الأول، زادت الكتلة الحيوية النباتية بنسبة 13، لا يوجد فرق كبير في النهج الثاني. الطريقة الثالثة دون استخدام التكنولوجيا التدخل RNA، فإن الكتلة الحيوية بنسبة 18. إذا كنت تستخدم تكنولوجيا التدخل RNA، يمكن لهذا النمو سيرتفع إلى 24.

عرض جوي من التجارب الميدانية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الفريق أيضا إلى التبغ كنموذج، مجال الفعلي اختبار في هذا المجال. التبغ هو النموذج المثالي لدراسة المحاصيل النباتية، هو أسهل من تطوير واختبار للمحاصيل الغذائية، ودورة حياة قصيرة، مما أسفر عن عدد كبير من البذور، ولها المحاصيل الحقلية الأخرى مثل التاج ورقة.

الباحثان مواسم النمو المختلفة والبرية دراسة ميدانية لمدة عامين وجدت أن، مقارنة مع الضوابط من النوع البري والتبغ المعدلة وراثيا (الثالثة بديلة الطريق) زيادة الكتلة الحيوية أكثر من 25. إذا كنت تستخدم تكنولوجيا التدخل RNA، بزيادة قدرها أكثر من 40. وفي الوقت نفسه، زادت كفاءة تجربة ميدانية الضوئي التبغ بنسبة 17.

التجارب الميدانية.

ذكرت ورقة، وهذا هو التنفس الخفيف أولا المعدلة وراثيا اختبارها تحت ظروف زراعية واقعية.

اختصار مدير RIPE ستيفن طويل مقارنة مع قناة بنما "، وقناة تحسن كثيرا من كفاءة التجارة، ولكن الاختصار تنفس ضوئي الإحداث هو الفذ من مصنع الهندسة، هو وسيلة فريدة من نوعها لتحسن كثيرا من كفاءة التمثيل الضوئي."

"كما يزيد من درجة الحرارة، Rubisco من الصعب التعرف على الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون الذي يؤدي إلى التنفس المزيد من الضوء." واحدة من الكتاب تقول أماندا كافاناغ، "هدفنا هو بناء مصنع للأفضل، وقادرة على الصمود في وجه التيار و مستقبل درجة حرارة عالية، تساعد في الحصول على لتلبية الطلب البشري للتكنولوجيا الغذاء ". حاليا، وفريق البحث يستخدم هذه النتائج إلى زيادة إنتاج فول الصويا واللوبيا والأرز والبطاطا والطماطم والباذنجان.

ومع ذلك، هذه التكنولوجيا في الغذاء المحاصيل والحصول على موافقة الجهات الرقابية قد يستغرق وقتا آخر 10 عاما. لكن فريق البحث قال: RIPE والمنظمات الداعمة لها ملتزمة بضمان أن صغار المزارعين، وخاصة صغار المزارعين في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وجنوب شرق آسيا، وسوف تكون قادرة على الحصول مجانا كل النتائج اختراق للمشروع.