_ Creșterea proiectată a conductanței mezofilei se îmbunătățește Eficiența fotosintetică în testele pe teren

Este posibil să se creeze conductanța mezofilă în plante conform noilor cercetări de la Universitatea din Illinois. Conductanța mezofilei joacă un rol cheie în fotosinteză și se referă la ușurința cu care CO2 poate difuza prin celulele unei frunze înainte de a ajunge în locul în care este transformat în cele din urmă în zahăr pentru a hrăni planta (fixarea carbonului).

CO2. se confruntă cu bariere în timp ce trece prin frunză, inclusiv pereții celulari proprii. Cercetătorii de la Long Lab au descoperit că, prin creșterea permeabilității și prin reducerea ușoară a grosimii pereților celulari, ei ar putea crește difuzia și absorbția CO2 într-o cultură model.

„Acesta este unul dintre puținele teste de concept de succes care arată că putem proiecta o creștere a conductanței mezofilei și ca aceasta să ducă la o fotosinteză crescută în teren”, a spus Coralie Salesse-Smith, cercetător postdoctoral în Long Lab și autor principal al unei lucrări despre cercetare, publicată în Plant Biotechnology Journal.

„Teoria ne arată că creșterea conductanței mezofilei pentru a crește fotosinteza poate fi obținută fără costul mai multor apă. Acest lucru este important având în vedere necesitatea urgentă de creștere a producției de culturi și de utilizare durabilă a apei.”

p> Fotosinteza este procesul natural pe care toate plantele îl folosesc pentru a transforma lumina soarelui, apa și dioxidul de carbon în energie și producție. Călătoria CO2 pentru a deveni zahăr (energie) util pentru plantă începe atunci când trece prin găuri minuscule din frunze cunoscute sub numele de stomată.

Pentru ca CO2 să ajungă la cloroplast, (unde este transformat în zahăr), trebuie să traverseze o serie de bariere, inclusiv peretele celular. Echipa a emis ipoteza că, dacă ar putea îmbunătăți difuzia CO2 peste peretele celular, făcând aceste bariere mai ușor de traversat, ar îmbunătăți conductanța mezofilei și, la rândul lor, eficiența fotosintetică. Creșterea conductanței mezofilei înseamnă că va fi disponibil mai mult CO2 pentru ca planta să se transforme în hrană.

O lucrare anterioară a colegilor lui Salesse-Smith Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) a arătat că pereții celulari mai subțiri sunt asociați cu mezofila mai mare. conductanta. Acest lucru sugerează că scăderea intenționată a grosimii pereților ar putea schimba cât de ușor se mișcă CO2 prin frunze, crescând potențial fotosinteza. Inspirată de această lucrare, Salesse-Smith a vrut să testeze această idee într-o fabrică model.

După o revizuire a literaturii de specialitate, Salesse-Smith și-a limitat atenția asupra supraexprimarii sau creșterii cantității de CGR3, un genă despre care s-a demonstrat că modifică componentele peretelui celular. Această genă a fost inserată într-o specie de tutun și crescută alături de plante fără genă într-un studiu pe teren în timpul sezonului de creștere 2022. Tutunul a fost folosit ca plantă model, deoarece este mai ușor de lucrat în laborator și în câmp și, de asemenea, pentru că a permis cercetătorilor să testeze genetica într-un ritm mai rapid decât în ​​cazul unei culturi alimentare.

„Targeting”. peretele celular a fost foarte important deoarece este una dintre componentele principale care limitează conductanța mezofilei. Scăderea grosimii sale și făcându-l mai permeabil ar face mai ușor pentru CO2 să ajungă la locul de fixare a carbonului”, a spus Salesse-Smith, cercetător postdoctoral RIPE. în Long Lab de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign.

„Prin supraexprimarea genei vizate, am reușit să scădem grosimea peretelui celular și să creștem permeabilitatea acestuia, ceea ce, așa cum am emis ipoteza, a ajuns să fie creșterea conductanței mezofilei și, la rândul său, a fotosintezei.”

RIPE, care este condus de Illinois, proiectează culturile pentru a fi mai productive prin îmbunătățirea fotosintezei, procesul natural pe care toate plantele îl folosesc pentru a transforma lumina solară în energie.

Plantele care supraexprimă gena CGR3 au arătat o scădere a grosimii peretelui celular cu 7-13% și o creștere a porozității de 75% în comparație cu plantele fără această genă adăugată. Echipa și-a atins obiectivul de a face modificări peretelui celular, dar adevărata măsură a succesului a fost atunci când datele au arătat și o creștere cu 8% a fotosintezei în teren.

„Speram că această modificare va permite mai mult CO2 pentru a intra în cloroplast și a fi folosit pentru a crea energie sub formă de zahăr, și asta s-a întâmplat, dar doar pentru că a funcționat într-o cultură model nu înseamnă că obții aceleași rezultate cu o cultură alimentară”, a spus. Salesse-Smith.

„Este important să testați ce se întâmplă cu soia pentru a vedea dacă se vor obține aceleași îmbunătățiri ale conductanței mezofilei și fotosintezei și dacă acest lucru duce la îmbunătățiri ale randamentului.”

Înarmați cu aceste rezultate, echipa lucrează pentru a testa această modificare la soia, pentru a vedea dacă o fotosinteză crescută, eficiența utilizării apei și randamentul pot fi obținute într-o cultură alimentară. Testele de câmp cu soia ar putea avea loc încă din sezonul de vegetație 2025.

(Fluierul)