Gli scienziati ingegnerizzano le piante per raddoppiare la capacità di assorbire il carbonio e produrre più semi e lipidi

15 settembre 2025 rapporto

di Krystal Kasal, Phys.org

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modificato da Gaby Clark, revisionato da Robert Egan

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Di solito, le piante si affidano al ciclo di Calvin-Benson-Bassham (CBB) per convertire l'anidride carbonica nell'atmosfera in materia organica utilizzabile per la crescita. Anche se questo ciclo è la principale via per la fissazione del carbonio in tutte le piante sulla Terra, è sorprendentemente inefficiente: perde un terzo del carbonio nel ciclo quando sintetizza la molecola acetil-coenzima A (CoA) per generare lipidi, fitormoni e metaboliti. Le piante perdono anche carbonio durante la fotosintesi, il che limita la loro crescita. Questo è in gran parte dovuto all'inefficienza di un enzima chiamato RuBisCO.

Negli sforzi per aumentare l'assorbimento del carbonio e ridurre la perdita di carbonio nelle piante per incrementare la biomassa e la produzione di lipidi, gli scienziati hanno sperimentato modi per aumentare l'efficienza di RuBisCO, sovraesprimere gli enzimi del ciclo CBB, introdurre meccanismi di concentrazione del carbonio e ridurre le perdite di fotosintesi. Ma uno studio pubblicato su Science, si focalizza su un approccio innovativo: creare una via completamente nuova per l'assorbimento del carbonio.

I ricercatori coinvolti nello studio hanno introdotto un ciclo sintetico di assorbimento del CO2 nella pianta Arabidopsis thaliana. Chiamano il ciclo modificato ciclo malil-CoA-glicerato (McG), che lavora in congiunzione con il ciclo CBB per creare un sistema dual-cycle di fissazione dell'anidride carbonica. Il nuovo ciclo aumenta l'efficienza utilizzando il carbonio precedentemente sprecato.

Nel ciclo McG, 'viene fissato un carbonio aggiuntivo quando 3PG è l'input, oppure non viene perso alcun carbonio quando l'input è glicolato. In entrambi i casi, l'acetil-CoA viene prodotto con maggiore efficienza, il che ci si aspetta che aumenti la produzione di lipidi e altri importanti metaboliti delle piante, inclusi fitormoni,' scrivono gli autori.

Per testare il ciclo McG, il team ha espresso sei enzimi eterologhi nei cloroplasti di Arabidopsis per stabilire il ciclo McG. I risultati sono stati impressionanti. Le piante con il ciclo McG stabilito sono cresciute più grandi, fino a tre volte in peso secco, e hanno aumentato il numero di foglie e semi, mostrando un contenuto lipidico più elevato rispetto ai loro parenti selvatici. Nei vegetali McG i trigliceridi erano fino a 100 volte la quantità normale. Il contenuto lipidico era così alto che le piante hanno formato tasche all'interno delle loro cellule per contenere i grassi in eccesso.

Il ciclo McG è stato trovato ad aumentare l'efficienza sia riducendo la perdita di CO2 per fotosintesi che potenziando la produzione di acetil-CoA. Nel complesso, i tassi di assimilazione del CO2 sono stati approssimativamente raddoppiati.

Anche se i risultati sono promettenti, gli impatti di tali cambiamenti sono ancora poco chiari. I ricercatori notano che gli effetti del ciclo McG in questo esperimento non sono necessariamente trasferibili alle piante coltivate e che sovraesprimere geni eterologhi potrebbe portare al silenziamento nelle generazioni successive. È anche possibile che l'incremento dell'assorbimento del carbonio sia solo temporaneo, poiché il carbonio potrebbe essere rilasciato non appena le piante muoiono. La stabilità a lungo termine e l'impatto ecologico della modifica McG sono anche sconosciuti.

Tuttavia, con ulteriori ricerche e test, i risultati qui ottenuti hanno il potenziale di aumentare i raccolti e la produzione di olio per cibo e biocarburanti, oltre a contribuire alla sequestro del carbonio e alla mitigazione del cambiamento climatico con la crescita delle piante potenziata.

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Ulteriori informazioni: Kuan-Jen Lu et al, Dual-cycle CO2 fixation enhances growth and lipid synthesis in Arabidopsis thaliana, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp3528

Informazioni sulla rivista: Science

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