Hack quang hợp có thể tăng năng suất cây trồng và tiết kiệm nước
Dự án RIPE là một nỗ lực quốc tế do Đại học Illinois dẫn đầu nhằm phát triển các loại cây trồng có năng suất cao hơn bằng cách cải thiện quá trình quang hợp - quá trình tự nhiên, sử dụng ánh sáng mặt trời mà tất cả các loài thực vật sử dụng để cố định carbon dioxide thành đường thúc đẩy sự tăng trưởng, phát triển và tăng năng suất.
.jpg)
Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã tăng trưởng 27% cây trồng bằng cách giải quyết hai hạn chế: một trong phần đầu tiên của quá trình quang hợp, nơi thực vật biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học và trong phần thứ hai, carbon dioxide được cố định thành đường.
Bên trong hai hệ thống quang hợp, ánh sáng mặt trời được thu nhận và biến thành năng lượng hóa học có thể được sử dụng cho các quá trình khác trong quang hợp. Một protein vận chuyển được gọi là plastocyanin di chuyển các electron vào hệ thống quang hợp để cung cấp nhiên liệu cho quá trình này. Tuy nhiên, plastocyanin có sự thu hút cao với việc nhận protein trong hệ thống quang học, vì vậy nó lơ lửng, không thể đưa các electron di chuyển qua lại một cách hiệu quả.
Nhóm nghiên cứu đã giải quyết điểm nghẽn đầu tiên này bằng cách giúp plastocyanin chia sẻ tải lượng với việc bổ sung cytochrome c6 - một loại protein vận chuyển hiệu quả hơn có chức năng tương tự như ở tảo.
Plastocyanin cần đồng và cytochrome cần sắt để hoạt động. Tùy thuộc vào sự sẵn có của các chất dinh dưỡng này, tảo có thể lựa chọn giữa hai loại protein vận chuyển này.
Đồng thời, nhóm nghiên cứu đã cải thiện tình trạng tắc nghẽn quang hợp trong Chu trình Calvin-Benson - trong đó carbon dioxide được cố định thành đường - bằng cách tăng lượng enzyme chính có tên là SBPase.
Hai cải tiến này, khi kết hợp với nhau, đã chứng minh là làm tăng năng suất cây trồng lên 52% trong nhà kính. Quan trọng hơn, nghiên cứu này cho thấy sự tăng trưởng của cây trồng lên đến 27% trong các thử nghiệm trên đồng ruộng, đây là thử nghiệm thực sự về cải thiện cây trồng - chứng minh rằng hack quang hợp có thể thúc đẩy sản lượng cây trồng trong điều kiện trồng trọt trong thế giới thực.
ctngoc