Ny biokemisk vej, der kan udvikle mere modstandsdygtige afgrødesorter

Forskere fra Institut for Plantevidenskab, University of Oxford, har opdaget en ny biokemisk vej i planter, som de har kaldt CHLORAD.

Ved at manipulere CHLORAD-vejen, forskere kan ændre, hvordan planter reagerer på deres miljø. For eksempel, plantens evne til at tolerere belastninger såsom høj saltholdighed kan forbedres.

Forskerne håber, at deres resultater, udgivet i Videnskab , vil åbne vejen for nye afgrødeforbedringsstrategier, hvilket vil være afgørende, da vi står over for udsigten til at levere fødevaresikkerhed for en befolkning, der forventes at nå op på næsten 10 milliarder i 2050.

CHLORAD-vejen hjælper med at regulere strukturer inde i planteceller kaldet kloroplaster. Kloroplaster er de organeller, der definerer planter. Sammen med mange andre metaboliske, udviklings- og signalfunktioner, kloroplaster er ansvarlige for fotosyntesen - den proces, hvorved sollys energi udnyttes til at drive livets cellulære aktiviteter.

Følgelig, kloroplaster er essentielle, ikke kun for planter, men også for de utallige økosystemer, der er afhængige af planter, og for landbruget.

Kloroplaster er sammensat af tusindvis af forskellige proteiner, hvoraf de fleste er lavet andre steder i cellen og importeret af organellen. Disse proteiner skal alle reguleres meget nøje for at sikre, at organellen bliver ved med at fungere korrekt. CHLORAD-vejen virker ved at fjerne og bortskaffe unødvendige eller beskadigede kloroplastproteiner; deraf navnet CHLORAD, som står for "chloroplast-associeret proteinnedbrydning".

Professor Paul Jarvis, ledende forsker, sagde:'To årtier efter identifikation af chloroplastproteinimportmaskineriet - som leverer nye proteiner til kloroplaster - afslører vores opdagelse af CHLORAD-vejen for første gang, hvor individuelt, uønskede proteiner fjernes fra kloroplaster.'

Forsker, Dr. Qihua Ling, sagde:'Vores tidligere undersøgelser viste, at proteiner i kloroplastmembranerne fordøjes af et proteinnedbrydningssystem uden for kloroplaster. Så, nøglespørgsmålet var:Hvordan udvindes kloroplastproteiner fra membranen for at gøre det muligt? Vores opdagelse af CHLORAD-systemet besvarer dette spørgsmål, og vi identificerede to nye proteiner, der virker i processen.'

medforsker, Dr. William Broad, tilføjet:"Kloroplaster er eukaryote organeller, der opstod for mere end en milliard år siden fra fotosyntetiske bakterier, ved en proces kaldet endosymbiose. Bemærkelsesværdigt, CHLORAD-systemet indeholder en blanding af komponenter af eukaryot oprindelse og bakteriel oprindelse. Dette giver et fascinerende eksempel på, hvordan eukaryote værtsceller har udviklet sig gradvist, at vælge tilgængelige værktøjer på nye måder, at styre deres endosymbiotiske organeller.'

Peter Burlinson, Frontier Bioscience Lead ved Biotechnology and Biological Sciences Research Council, sagde:'Opdagelsen af ​​denne biokemiske vej er et godt eksempel på, hvordan indsigt fra grundlæggende plantebiologiske forskning kan afsløre potentielle nye strategier til at udvikle afgrøder, der er mere produktive og modstandsdygtige. Dette hjælper med at illustrere værdien af ​​grundlæggende videnskab i at bidrage til at tackle centrale globale udfordringer, herunder en stigende global befolkning, miljøbelastninger og en øget efterspørgsel efter at levere fødevaresikkerhed.'

Inden år 2050, det nuværende niveau for fødevareproduktion skal stige med mindst 70 % for at imødekomme kravene fra en voksende verdensbefolkning og ændre kostpræferencer til flere animalske produkter, mens 38 % af verdens jord og 70 % af ferskvandet allerede bruges til landbrug. Abiotiske belastninger, herunder tørke, høje og lave temperaturer, jordens saltholdighed, mangel på næringsstoffer, og giftige metaller, er den førende årsag til udbyttetab, reducere afgrødeproduktiviteten med 50-80 % afhængigt af afgrøden og geografisk placering.

Dermed, at udvikle stress-resistente afgrøder, der kan have stabile udbytter under stressforhold, er en vigtig strategi for at sikre fremtidens fødevaresikkerhed. Dette behov er særligt presserende i betragtning af den øgede hyppighed af ekstreme vejrforhold, der ledsager globale klimaændringer, som forårsager mere alvorlige miljøbelastninger, hyppigere udbrud af plantesygdomme, og reduceret udbytte og høstkvalitet.

Oxford University Innovation (OUI), universitetets forskningskommercialiseringsarm, styrer teknologien.