Forskare från institutionen för växtvetenskap, Oxfords universitet, har upptäckt en ny biokemisk väg i växter som de har döpt till CHLORAD.

Genom att manipulera CHLORAD -vägen, forskare kan ändra hur växter reagerar på sin miljö. Till exempel, växtens förmåga att tolerera påfrestningar som hög salthalt kan förbättras.

Forskarna hoppas att deras resultat, publicerad i Vetenskap , kommer att öppna vägen för nya strategier för förbättring av grödor, vilket kommer att vara avgörande när vi står inför möjligheten att leverera matsäkerhet för en befolkning som beräknas nå nästan 10 miljarder år 2050.

CHLORAD -vägen hjälper till att reglera strukturer inuti växtceller som kallas kloroplaster. Kloroplaster är organellerna som definierar växter. Tillsammans med många andra metaboliska, utvecklings- och signalfunktioner, kloroplaster är ansvariga för fotosyntesen - processen där solljusenergi utnyttjas för att driva livets cellulära aktiviteter.

Följaktligen, kloroplaster är viktiga, inte bara för växter utan också för de otaliga ekosystem som är beroende av växter, och för jordbruket.

Kloroplaster består av tusentals olika proteiner, varav de flesta tillverkas någon annanstans i cellen och importeras av organellen. Dessa proteiner måste alla regleras mycket noggrant för att säkerställa att organellen fortsätter att fungera korrekt. CHLORAD -vägen fungerar genom att ta bort och kassera onödiga eller skadade kloroplastproteiner; därav namnet CHLORAD, som står för "kloroplastassocierad proteinnedbrytning".

Professor Paul Jarvis, ledande forskare, sade:"Två decennier efter identifiering av kloroplastproteinimportmaskiner - som levererar nya proteiner till kloroplaster - avslöjar vår upptäckt av CHLORAD -vägen för första gången hur individ, oönskade proteiner avlägsnas från kloroplaster. '

Forskare, Dr Qihua Ling, sade:"Våra tidigare studier visade att proteiner i kloroplastmembranen smälts av ett proteinnedbrytningssystem utanför kloroplaster. Så, nyckelfrågan var:Hur extraheras kloroplastproteiner från membranet för att detta ska kunna hända? Vår upptäckt av CHLORAD -systemet svarar på denna fråga, och vi identifierade två nya proteiner som verkar i processen. '

Medforskare, Dr William Broad, tillade:'Kloroplaster är eukaryota organeller som härstammar för mer än en miljard år sedan från fotosyntetiska bakterier, genom en process som kallas endosymbios. Anmärkningsvärt, CHLORAD -systemet innehåller en blandning av komponenter av eukaryot ursprung och bakteriellt ursprung. Detta ger ett fascinerande exempel på hur eukaryota värdceller gradvis har utvecklats, samarbeta tillgängliga verktyg på nya sätt, för att styra deras endosymbiotiska organeller. '

Peter Burlinson, Frontier Bioscience Lead vid Biotechnology and Biological Sciences Research Council, sade:"Upptäckten av denna biokemiska väg är ett bra exempel på hur insikter från grundläggande växtbiologisk forskning kan avslöja potentiella nya strategier för att utveckla grödor som är mer produktiva och motståndskraftiga. Detta hjälper till att illustrera värdet av grundvetenskap för att bidra till att ta itu med viktiga globala utmaningar, inklusive en stigande global befolkning, miljöbelastningar och en ökad efterfrågan på livsmedelsförsörjning. '

År 2050, den nuvarande livsmedelsproduktionen måste öka med minst 70% för att möta kraven från en växande världsbefolkning och förskjuta kostpreferenser mot fler animaliska produkter, medan 38% av världens mark och 70% av färskvatten redan används för jordbruk. Abiotiska påfrestningar, inklusive torka, höga och låga temperaturer, salthalt i jorden, näringsbrist, och giftiga metaller, är den främsta orsaken till avkastningsförlust, minska grödans produktivitet med 50-80% beroende på grödan och geografisk plats.

Således, Att utveckla stresståliga grödor som kan ha stabila skördar under stressförhållanden är en viktig strategi för att säkerställa framtida livsmedelssäkerhet. Detta behov är särskilt angeläget med tanke på den ökade frekvensen av extrema väderförhållanden som följer med de globala klimatförändringarna, som orsakar allvarligare miljöbelastningar, vanligare utbrott av växtsjukdomar, och minskad avkastning och skördkvalitet.

Oxford University Innovation (OUI), universitetets kommersialiseringsarm för forskning, hanterar tekniken.