Majs är en av världens mest odlade grödor och är avgörande för den globala livsmedelssäkerheten. Men liksom andra växter kan dess tillväxt och produktivitet begränsas av den långsamma aktiviteten hos Rubisco, enzymet som ansvarar för kolassimilering under fotosyntesen.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Journal of Experimental Botany , visade forskare från Boyce Thompson Institute (BTI) ett lovande tillvägagångssätt för att förbättra Rubisco-produktionen, och därmed förbättra fotosyntesen och den övergripande växttillväxten.

Studien involverade det transgena uttrycket av tre nyckelproteiner, Rubisco Accumulation Factor 2 (Raf2) och de stora och små Rubisco-subenheterna. Genom att överuttrycka dessa proteiner ökade forskarna Rubisco-halten, accelererade kolassimileringen och ökade växthöjden i majs.

"Våra resultat visar potentialen i att modifiera Rubisco-monteringen för att förbättra grödans produktivitet", säger Kathryn Eshenour, en BTI-forskare och första författare till studien. "Genom att ändra uttrycket av dessa proteiner kan vi låsa upp majsens förmåga att fotosyntetisera mer effektivt och växa mer robust, även under utmanande miljöförhållanden."

Forskargruppen fann att Raf1 och Raf2, även om de agerar i olika steg av Rubisco-monteringen, oberoende av varandra kunde förbättra Rubiscos överflöd och anläggningens prestanda. Detta öppnar möjligheter för ytterligare förbättringar genom att stapla egenskaperna tillsammans, vilket kan leda till ännu större fotosynteskapacitet.

Intressant nog visade de transgena växterna också förbättrad motståndskraft mot kylstress, en vanlig miljöutmaning som allvarligt kan påverka skördarna. Forskarna observerade att dessa växter bibehöll högre fotosynteshastigheter under kylexponering och återhämtade sig snabbare efter att stressen avtagit.

Teamets innovativa tillvägagångssätt rymmer spännande möjligheter för andra grödor. Många baslivsmedel med liknande fotosyntesvägar som majs, såsom sorghum, hirs och sockerrör, skulle potentiellt kunna dra nytta av det tillvägagångssätt som används i denna studie, vilket leder till förbättringar i fotosyntetisk effektivitet och avkastning.

"Denna lovande teknik är en av flera som används för att förbättra fotosyntesen i växter", säger David Stern, professor vid BTI och huvudförfattare till studien. "Genom att fortsätta utforska krångligheterna med Rubisco-montering och dess reglering kan vi förbättra den här delen av en välbehövlig verktygslåda för att förbättra fotosyntesen över ett brett spektrum av grödor."

Eftersom livsmedelsförsörjningen fortsätter att vara en angelägen fråga och effekterna av klimatförändringarna intensifieras, har behovet av mer produktiva och anpassningsbara grödor aldrig varit större. Den här forskningen belyser den transformativa potentialen hos växtvetenskapliga lösningar för att hantera globala utmaningar, och exemplifierar BTI:s engagemang för att forma en framtid där jordbruket frodas, den biologiska mångfalden bevaras och mänskligheten drar nytta av en hälsosammare och mer hållbar värld.

Mer information: Kathryn Eshenour et al, Transgenic Expression of Rubisco Accumulation Factor2 och Rubisco Subunits ökar fotosyntesen och tillväxten i majs, Journal of Experimental Botany (2024). DOI:10.1093/jxb/erae186

Journalinformation: Journal of Experimental Botany,

Tillhandahålls av Boyce Thompson Institute