Wetenschappers modificeren planten om het vermogen tot het opnemen van koolstof te verdubbelen en meer zaden en lipiden te produceren.

15 september 2025        rapport

door Krystal Kasal, Phys.org

bijdragende schrijver

bewerkt door                                                 Gaby Clark,          beoordeeld door Robert Egan

wetenschappelijk redacteur

medewerkend redacteur

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces                     en beleid van Science X.                     Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

gefactcheckt

peer-reviewed publicatie

betrouwbare bron

gecontroleerd op spelling

Normaal gesproken vertrouwen planten op de Calvin-Benson-Bassham (CBB)-cyclus om kooldioxide in de atmosfeer om te zetten in bruikbare organische stof voor groei. Hoewel deze cyclus de belangrijkste route is voor koolstoffixatie in alle planten op aarde, is deze verrassend inefficiënt—waarbij een derde van de koolstof in de cyclus verloren gaat bij het synthetiseren van het molecuul acetyl–co-enzym A (CoA) om lipiden, fytohormonen en metabolieten te genereren. Planten verliezen ook koolstof tijdens fotorespiratie, wat hun groei beperkt. Dit komt grotendeels door de inefficiëntie van een enzym genaamd RuBisCO.

Inspanningen om koolstofopname te verhogen en koolstofverlies in planten te verminderen om de biomassa- en lipidenproductie te stimuleren, hebben wetenschappers geëxperimenteerd met manieren om de efficiëntie van RuBisCO te verhogen, CBB-cyclus-enzymen te overexpressen, koolstofconcentrerende mechanismen te introduceren en fotorespiratoire verliezen te verminderen. Maar, een nieuw onderzoek gepubliceerd in Science, richt zich op een nieuw benadering—het creëren van een geheel nieuwe route voor koolstofopname.

De onderzoekers die bij het onderzoek betrokken waren, introduceerden een synthetische CO2-opnamecyclus in de plant Arabidopsis thaliana. Ze verwijzen naar de ontworpen cyclus als de malyl-CoA-glycerate (McG)-cyclus, die samenwerkt met de CBB-cyclus om een dual-cycle CO2-fixatiesysteem te creëren. De nieuwe cyclus verhoogt de efficiëntie door eerder verspilde koolstof te gebruiken.

'In de McG-cyclus wordt één extra koolstof gefixeerd wanneer 3PG de input is, of er gaat geen koolstof verloren wanneer glycolaat de input is. In beide gevallen wordt acetyl-CoA efficiënter geproduceerd, wat naar verwachting de productie van lipiden en andere belangrijke plantmetabolieten, waaronder fytohormonen, zal verbeteren,' schrijven de auteurs.

Om de McG-cyclus te testen, heeft het team zes heterologe enzymen tot expressie gebracht in de chloroplasten van Arabidopsis om de McG-cyclus op te zetten. De resultaten waren indrukwekkend. Planten met de opgezette McG-cyclus groeiden groter—tot drie keer in drooggewicht—en namen toe in blad- en zaadnummers, en vertoonden een hoger lipidengehalte dan hun wilde verwanten. Triglyceriden in de McG-planten waren tot 100 keer de normale hoeveelheid. Het lipidengehalte was zo hoog dat de planten holtes in hun cellen vormden om de extra vetten vast te houden.

Er werd vastgesteld dat de McG-cyclus de efficiëntie verhoogt door zowel de verliezen van fotorespiratoir CO2 te verminderen als de productie van acetyl-CoA te verbeteren. In totaal waren de CO2-assimilatiesnelheden ongeveer verdubbeld.

Hoewel de resultaten veelbelovend zijn, zijn de effecten van dergelijke veranderingen nog steeds onduidelijk. De onderzoekers merken op dat de effecten van de McG-cyclus in dit experiment 'niet noodzakelijk overdraagbaar zijn naar gewasplanten, en dat de overexpressie van heterologe genen in opeenvolgende generaties tot zwijgen kan worden gebracht.' Het is ook mogelijk dat de verhoogde koolstofopname slechts tijdelijk is, aangezien de koolstof mogelijk vrijkomt zodra de planten sterven. De langetermijnstabiliteit en ecologische impact van de McG-modificatie zijn ook onbekend.

Toch hebben de resultaten hier met verder onderzoek en testen het potentieel om opbrengsten van gewassen en olieproductie voor voedsel en biobrandstoffen te verhogen, naast het bijdragen aan koolstofopslag en klimaatmitigatie met verbeterde plantengroei.

Geschreven voor u door onze auteur Krystal Kasal, bewerkt door Gaby Clark, en gefactcheckt en beoordeeld door Robert Egan—dit artikel is het resultaat van zorgvuldig menselijk werk. We vertrouwen op lezers zoals u om onafhankelijke wetenschapsjournalistiek in leven te houden. Als deze berichtgeving belangrijk voor u is, overweeg dan een donatie (vooral maandelijks). Als dank krijgt u een account zonder advertenties.

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

Tijdschriftinformatie: Wetenschap

© 2025 Science X Netwerk