科學家在光合作用中固定了自然缺陷,因此,與野生親戚相比,植物生產率提高了40%。
光合作用是一種化學反應,使植物可以將陽光和二氧化碳變成食物,而這種新的黑客可能會產生足夠的卡路里,以幫助另外200百萬我們星球上的人們,來自相同的農作物。
截至目前,該修復程序僅適用於菸草植物,因此我們可以使用它來增加食物供應。但這是一個令人難以置信的前一步。
那麼,需要修復的“小故障”是什麼?這是被稱為光震動的光合作用中鮮為人知的一步。
“我們每年在美國中西部的光刺損失的卡路里最多可以養活2億人,”首席調查員唐納德·奧特(Donald Ort)說伊利諾伊大學Carl R. Woese基因組生物學研究所。
“即使是全世界的一部分卡路里,也要收回部分卡路里,這對於滿足21世紀迅速擴大的糧食需求會大有幫助。”
要了解出了什麼問題,您需要了解偶然的進化過程。用科幻經典中的伊恩·馬爾科姆博士的不朽言語侏羅紀公園,“生活找到一種方法”。他沒有說的是這樣的,這是一個效率低下的熱混亂。
公平地說,在這種情況下,進化會盡其所能。就像一個研究暑假的研究生一樣,它的確可以通過。畢竟,更多的是浪費的努力。
對於包括米飯和大豆在內的許多植物,在光合作用方面,這是一個裸露的通行證。我們正在談論一個虔誠的c-。
最笨拙的部分之一是涉及核糖1,5-雙磷酸羧化酶- 氧合酶(Rubisco)酶的關鍵步驟,該酶(Rubisco)將二氧化碳楔入複合核糖1,5-三磷酸鹽(RUBP )上。
大約20%的時間,Rubisco將氧氣的氧氣誤認為是最重要的二氧化碳分子。(有趣的事實:Rubisco被廣泛認為是地球上最豐富的蛋白質)
這不僅是浪費的機會,這種故障反應的結果是乙醇酸鹽和氨 - 兩種有毒化合物需要迅速處理,然後才會造成太多損害。
幸運的是,植物已經發展出一種消除這種毒藥的方法,稱為光刺。他們不介意將一部分能量花在這一重要的回收過程中,如果它可以幫助他們生存。
但是,在將它們作為食物來源種植時,我們當然會做到。
“它使植物可能投資於光合作用以產生更多的增長和產量的寶貴能源和資源,”首席作者兼分子生物學家保羅·南與美國農業農業研究部門一起。
大米,小麥和大豆都遭受了清除有毒堆積的需求。它們不僅恰好是我們世界人口中的四種農作物中的三種可以期望他們的產量下降將來多虧了全球變暖。
“魯比斯科在氧氣變得更熱時從氧氣中挑選二氧化碳,導致更多的光震動,還有更多的麻煩。”合著者阿曼達·卡瓦納(Amanda Cavanagh)說來自伊利諾伊大學。
多年來,已經做出了許多努力,以尋找迫使農作物避免排毒的方法。
許多人涉及找到其他生物(包括各種藻類和細菌)採用的最有效的光呼吸方法。
這項最新工作稱為實現提高的光合效率(成熟),其方法是從其他地方選擇基因並將其測試。
少數來自細菌大腸桿菌糖基氧化途徑。第二個版本也將基因用於過氧化氫酶大腸桿菌,有些用於植物的乙醇酸氧化酶和蘋果酸合酶。
第三個受試者使用植物蘋果酸合酶基因和綠藻基因用於糖酸脫氫酶。
這些與其他遺傳調整結合使用,以找到17種不同構建體中最能節能的途徑。
第三個光呼吸途徑是最終結果中其餘部分突出的途徑,與對照組相比,代謝活性飆升了40%以上。這種能量轉化為更大的產量。
是否將這些相同效率提升的提高將轉化為其他農作物還有待觀察,但是研究人員正在努力。
生活並不總是找到方法。但是,如果我們將將來的食物帶到需要的地方,那麼科學就必須這樣做。
這項研究發表在科學。