Starověký protein Rubisco by mohl být použit k záchraně budoucích potravinářských plodin před vymřením v horkém klimatu

Když jde o jídlo, lidstvo se dívá na hlaveň zbraně. Světová populace bude narůstat Téměř 9,8 miliardy do roku 2050což vede k očekávanému 60procentnímu nárůstu poptávky po potravinách. Ničivé dopady změny klimatu neprospívají našemu zemědělství.

Ale může to mít i pozitivní stránku – a to znamená regresi ve vývoji.

Vědci z Cornell University přišli na způsob, jak oživit starodávnou formu enzymu zvaného Rubisco nebo RuBisCo, který urychlil fotosyntézu v rostlinách před miliony let, kdy Země zažila nejteplejší klima za posledních 50 milionů let. v Studie byla zveřejněna 15. dubna v časopise vědecký pokrokV této studii byli vědci schopni použít moderní verze Rubisco, aby dali dohromady představu o tom, jak enzym vypadal ve starověku. Výsledkem je, že vědci mohou být opět schopni využít svou sílu, aby pomohli zajistit, že naše plodiny budoucnosti budou schopny se přizpůsobit a odolat klimatickým změnám a poskytnout nám veškeré čerstvé ovoce, zeleninu a obiloviny, které potřebujeme.

Přestože rostliny absorbují oxid uhličitý a produkují kyslík, nejsou plně schopny jednoduše využívat oxid uhličitý v jeho současné plynné formě. Rubisco, zkratka pro ribulóza-1,5-bisfosfát karboxylázu/oxygenázu a nejrozšířenější enzym na Zemi, přeměňuje oxid uhličitý na biologicky šetrnou formu, kterou rostliny využívají ke stavbě svých tkání.

Jedním z problémů s rubiskem je, že také reaguje s kyslíkem. Toto nechtěné míchání má za následek toxické vedlejší produkty, které zpomalují fotosyntézu, a tím ovlivňují výnos plodin. Vědci hledali způsoby, jak tento problém zmírnit a zlepšit produkci plodin geneticky modifikovanými rostlinami Forma enzymu odvozená z řas nebo jiné úpravy. Tyto snahy však zatím nepřinesly ovoce.

Aby výzkumníci z Cornell vyřešili tuto záhadu, vydali se na cestu paměťovou uličkou – před 25 až 50 miliony let, kdy byla Země mnohem teplejší díky velkému množství oxidu uhličitého v atmosféře (500 až 800 ppm, ve srovnání s 413 ppm). . Odhaduje se v roce 2020). To znamenalo, že moderní rubisco mělo pravděpodobně původní verzi, která byla přizpůsobena k provozu při vysokých úrovních oxidu uhličitého.

Cornellův tým znovu vytvořil fylogenezi, stromový diagram, který sleduje evoluční vztahy mezi jeho členy a ukazuje, jak se vyvinuli ze společného předka. Udělali to analýzou genů Robisco v rostlinách z čeledi lilekovitých (lilek), která zahrnuje brambory, papriky, rajčata, lilek a tabák. A z tohoto rodokmenu byli vědci schopni vytvořit a změřit biologickou aktivitu téměř stovky tohoto potenciálního starověkého drahokamu v laboratoři pomocí bakterií. coli bakterie.

„Tím, že hodně získám [genetic] Sekvenováním Rubisco v existujících rostlinách lze sestavit fylogenetický strom, aby se zjistilo, který rubiscus byl nejpravděpodobněji přítomen před 20 až 30 miliony let,“ Maureen Hanson, molekulární bioložka v Cornell a hlavní autorka nové studie. Řekl to v tiskové zprávě. „Byli jsme schopni identifikovat předpokládané enzymy předků, které mají lepší vlastnosti ve srovnání se současnými enzymy.“

Dalším velkým krokem výzkumného týmu bude přenést rekonstruované kopie genů Rubisco do rostlin čeledi Solanaceae, jako jsou rajčata a možná i další, jako je rýže nebo sója, a zjistit, zda se fotosyntetická aktivita zlepší a podpoří výnosy plodin.

„V dalším kroku chceme nahradit geny pro enzym rubiko nalezený v tabáku těmito zděděnými sekvencemi pomocí technologie CRISPR. [gene-editing] technologie a pak změřte, jak to ovlivňuje produkci biomasy,“ řekl Hanson. „Určitě doufáme, že naše experimenty ukážou, že přizpůsobením Robiko současným podmínkám budeme mít rostliny, které budou poskytovat vyšší výnosy.“

Pro kompaktní planetu s hladovými ústy k nasycení to zní jako dobrý začátek.