Undersøgelse viser, at transgen ekspression af rubisco-faktorer øger fotosyntesen og køletolerancen hos majs

Majs er en af ​​verdens mest dyrkede afgrøder og er afgørende for global fødevaresikkerhed. Men ligesom andre planter kan dens vækst og produktivitet begrænses af Rubiscos langsomme aktivitet, enzymet ansvarligt for kulstofassimilering under fotosyntesen.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Journal of Experimental Botany , viste forskere fra Boyce Thompson Institute (BTI) en lovende tilgang til at øge Rubisco-produktionen og dermed forbedre fotosyntesen og den overordnede plantevækst.

Undersøgelsen involverede den transgene ekspression af tre nøgleproteiner, Rubisco Accumulation Factor 2 (Raf2) og de store og små Rubisco-underenheder. Ved at overudtrykke disse proteiner øgede forskerne Rubisco-indholdet, accelererede kulstofassimilering og øgede plantehøjden i majs.

"Vores resultater viser potentialet i at ændre Rubisco-samlingen for at forbedre afgrødens produktivitet," sagde Kathryn Eshenour, en BTI-forsker og førsteforfatter af undersøgelsen. "Ved at ændre udtrykket af disse proteiner kan vi låse op for majs evne til at fotosyntetisere mere effektivt og vokse mere robust, selv under udfordrende miljøforhold."

Forskerholdet fandt ud af, at Raf1 og Raf2, selv om de virker på forskellige trin af Rubisco-samlingen, uafhængigt kunne forbedre Rubisco-overfloden og planteydelsen. Dette åbner muligheder for yderligere forbedringer ved at stable egenskaberne sammen, hvilket potentielt kan føre til endnu større fotosyntesekapacitet.

Interessant nok viste de transgene planter også forbedret modstandsdygtighed over for kølestress, en fælles miljømæssig udfordring, der kan påvirke afgrødeudbyttet alvorligt. Forskerne observerede, at disse planter opretholdt højere fotosyntesehastigheder under kuldeeksponering og kom sig hurtigere, efter at stressen aftog.

Holdets innovative tilgang rummer spændende muligheder for andre afgrøder. Mange basisfødevarer med lignende fotosynteseveje til majs, såsom sorghum, hirse og sukkerrør, kunne potentielt drage fordel af den tilgang, der blev brugt i denne undersøgelse, hvilket fører til forbedringer i fotosynteseeffektivitet og udbytte.

"Denne lovende teknologi er en af ​​flere, der bliver brugt til at forbedre fotosyntesen i afgrødeplanter," sagde David Stern, professor ved BTI og hovedforfatter af undersøgelsen. "Ved at fortsætte med at udforske forviklingerne ved Rubisco-samlingen og dens regulering kan vi forbedre denne del af et hårdt tiltrængt værktøjssæt til at forbedre fotosyntesen på tværs af en bred vifte af afgrøder."

Da fødevaresikkerhed fortsat er et presserende problem, og virkningerne af klimaændringer intensiveres, har behovet for mere produktive og tilpasningsdygtige afgrøder aldrig været større. Denne forskning fremhæver det transformative potentiale ved plantevidenskabsbaserede løsninger til at håndtere globale udfordringer, og er et eksempel på BTI's forpligtelse til at forme en fremtid, hvor landbruget trives, biodiversiteten bevares, og menneskeheden drager fordel af en sundere og mere bæredygtig verden.

Flere oplysninger: Kathryn Eshenour et al., Transgen ekspression af Rubisco-akkumulationsfaktor2 og Rubisco-underenheder øger fotosyntese og vækst i majs, Journal of Experimental Botany (2024). DOI:10.1093/jxb/erae186

Journaloplysninger: Journal of Experimental Botany,

Leveret af Boyce Thompson Institute