A növények a tápláléklánc alappillérei, olyan „gyárak”, melyek fényből és széndioxidból termelnek szerves anyagot és szolgáltatnak energiát más élőlényeknek. A fotoszintézis komplex biokémiai folyamatában vannak olyan lépcsők, melyek a mechanizmus összetettsége és a nyersanyagok hiánya miatt lassabban mennek végbe.
Christine Raines, az Essexi Egyetem professzora, a kutatás helyettes kancellárja szerint ebben a században a globális mezőgazdaság számára a legnagyobb kihívást a növekvő világnépesség jelenti, amely becslések szerint 2050-re eléri a 9,7 milliárd főt. Ezt az óriási számú embert valahogy etetni kell majd és habár az előző évszázadban az emberiség már megvalósította az úgynevezett Zöld Forradalmat, annak érdekében, hogy elegendő növényt tudjunk előállítani a világ táplálék szükségletéhez, véghez kell vinnünk egy második Zöld Forradalmat.
A fotoszintézis hihetetlenül összetett folyamat, körülbelül százhetven lépésből és még rengeteg alfolyamatból áll. Ez egy nagyon fontos mechanizmus, hiszen csupán napfényből és széndioxidból gyakorlatilag élelem keletkezik.
Egy gyár termelékenysége is csökken, ha a készletek, a szállítmányozási utak és a megbízható gépek száma korlátozott. Annak érdekében, hogy kiderüljön a fotoszintézis esetében mi a korlátozó tényező, illetve, hogy megtudják a növények hogyan képesek hatékonyabban cukrot előállítani, a kutatók a folyamat mind a 170 lépését modellezték.
„Azonosítottunk néhány lépést, ahol úgymond nincs elég „hajtóerő”. – mondta a kutatásról Patricia Lopez-Calcagno, az Essexi Egyetem PhD kutatója.
A tanulmányban a szakemberek leírták, hogy a kísérletek során a növények növekedését 27 százalékkal növelték két korlátozás feloldásával. Az egyik kritikus pont a fotoszintézis első részében volt, ahol a növények a fény energiát kémiai energiává alakítják, a másik pedig a folyamat második részében, a Calvin-Benson ciklusban- itt rögzül a szén-dioxid a cukrokba.
„Mi több enzimet és több fehérjét adunk a növényeknek, amelyek egy speciális hajtóerőként működnek a kritikusabb lépéseknél.” – tette hozzá Patricia Lopez-Calcagno.
A fény kémia energiájának átalakításánál citokróm C6-ot, egy hatékonyabb transzportfehérjét adtak a folyamathoz, mely az algákban is hasonló feladatokat lát el. A Calvin-Benson ciklusnál pedig a cyanobaktériumokból származó SBPase nevű kulcs enzim mennyiségét növelték meg. Emellett a kutató csapat a növények vízfelhasználási hatékonyságát is javította.
„Kültéri kísérleteink során felfedeztük, hogy ezek a növények kevesebb vizet fogyasztanak a nagyobb biomassza előállításához” – mondta Christine Raines.
„Modellezésünk szerint ez az áttörés a RIPE projekt két korábbi felfedezésével összekapcsolva a kiegészítő hozamnövekedés akár 50–60% – lehet az élelmiszernövényekben.”
