Naukowcy inżynierują rośliny, aby podwoić zdolność do pobierania węgla i produkować więcej nasion oraz lipidów

15 września 2025 raport

autorstwa Krystal Kasal, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Gaby Clark, opracowane przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Ten artykuł został poddany procesowi redakcyjnemu i polityce Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

zweryfikowane faktami

publikacja zrecenzowana przez rówieśników

zaufane źródło

skorygowane

Zazwyczaj rośliny polegają na cyklu Calvina-Bensona-Basshama (CBB) do przekształcania dwutlenku węgla w atmosferze na użyteczną materię organiczną do wzrostu. Chociaż ten cykl jest główną ścieżką do wiązania węgla we wszystkich roślinach na Ziemi, okazuje się, że jest zaskakująco niewydajny — tracąc jedną trzecią węgla w cyklu podczas syntezy cząsteczki acetylo-koenzymu A (CoA) do generowania lipidów, fitohormonów i metabolitów. Rośliny tracą również węgiel podczas fotorespiracji, co ogranicza ich wzrost. Wynika to w dużej mierze z niewydajności enzymu o nazwie RuBisCO.

W wysiłkach mających na celu zwiększenie poboru węgla i zmniejszenie strat węgla w roślinach, aby zwiększyć masę ciała i produkcję lipidów, naukowcy eksperymentowali z metodami zwiększenia wydajności RuBisCO, nadwyrażania enzymów cyklu CBB, wprowadzania mechanizmów skumulowania węgla i zmniejszania strat związanych z fotorespiracją. Jednak nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Science skupia się na nowatorskim podejściu — tworzeniu zupełnie nowej ścieżki do przyswajania węgla.

Badacze zaangażowani w badanie wprowadzili syntetyczny cykl pobierania CO2 do rośliny Arabidopsis thaliana. Odwołują się do tego zmodyfikowanego cyklu jako cyklu malyl-CoA-glicerolowego (McG), który działa wspólnie z cyklem CBB, tworząc system podwójnego wiązania CO2. Nowy cykl zwiększa wydajność poprzez wykorzystanie wcześniej marnowanego węgla.

'W cyklu McG, jeden dodatkowy węgiel jest fixowany, gdy 3PG jest wejściem, lub nie jest tracony węgiel, gdy wejściem jest glikolan. W obu przypadkach acetylo-CoA jest wytwarzany bardziej wydajnie, co ma przyczynić się do zwiększenia produkcji lipidów i innych ważnych metabolitów roślin, włączając fitohormony,' piszą autorzy.

Aby przetestować cykl McG, zespół wyraził sześć heterologicznych enzymów w chloroplastach Arabidopsis w celu ustanowienia cyklu McG. Wyniki były imponujące. Rośliny z ustanowionym cyklem McG rosły większe — nawet trzykrotnie ciężarem suchej masy — zwiększały liczbę liści i nasion oraz wykazywały większą zawartość lipidów niż ich dzicy krewni. Trójglicerydy w roślinach McG były nawet 100 razy większe niż zwykle. Zawartość lipidów była tak wysoka, że rośliny tworzyły kieszenie w komórkach, aby pomieścić dodatkowe tłuszcze.

Stwierdzono, że cykl McG zwiększa wydajność zarówno poprzez zmniejszenie utraty CO2 w fotorespiracji, jak i poprzez zwiększenie produkcji acetylo-CoA. Ogółem wskaźniki asymilacji CO2 zwiększyły się około dwukrotnie.

Mimo obiecujących wyników, skutki takich zmian nadal są niejasne. Naukowcy zauważają, że skutki cyklu McG w tym eksperymencie 'niekoniecznie można przenieść na rośliny uprawne i nadwyrażanie heterologicznych genów może zostać wygaszone w kolejnych pokoleniach.' Istnieje także możliwość, że zwiększony pobór węgla może być tylko tymczasowy, ponieważ węgiel mógłby być potencjalnie uwolniony, gdy rośliny umierają. Trwała stabilność i ekologiczne skutki modyfikacji cyklu McG są również nieznane.

Jednakże, dzięki dalszym badaniom i testowaniu, wyniki tu mają potencjał zwiększenia plonów uprawnych i produkcji oleju do celów spożywczych i biopaliw, oraz przyczynienia się do sekwestro węgla i łagodzenia zmian klimatycznych poprzez zwiększony wzrost roślin.

Napisane dla Ciebie przez autorkę Krystal Kasal, opracowane przez Gabby Clark, oraz pytane i sprawdzone przez Roberta Egana — ten artykuł jest wynikiem starannych ludzkich prac. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby utrzymać niezależny dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta relacja ma dla Ciebie znaczenie, rozważ wsparcie (zwłaszcza regularne). Dostaniesz konto bez reklam jako podziękowanie.

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

Informacje o czasopiśmie: Science

© 2025 Science X Network