Forskare konstruerar växter för att fördubbla förmågan att ta upp kol och producera fler frön och lipider.
15 september 2025 rapport
av Krystal Kasal, Phys.org
medarbetare
redigerad av Gaby Clark, granskad av Robert Egan
vetenskaplig redaktör
biträdande redaktör
Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörer har framhävt följande egenskaper medan de säkerställer innehållets trovärdighet:
faktagranskad
peer-reviewed publicering
pålitlig källa
korrekturläst
Vanligtvis förlitar sig växter på Calvin-Benson-Bassham (CBB)-cykeln för att omvandla koldioxid i atmosfären till användbar organiskt material för tillväxt. Även om denna cykel är huvudvägen för kolfixering hos alla växter på jorden, är den överraskande ineffektiv - förlorar en tredjedel av kol i cykeln när syntetisera molekylen acetyl-coenzym A (CoA) för att generera lipider, fytormoner och metaboliter. Växter förlorar också kol under fotorespiration, vilket begränsar deras tillväxt. Detta beror till stor del på ineffektiviteten hos ett enzym som kallas RuBisCO.
I ansträngningarna att öka kolupptaget och minska kolförlusten hos växter för att öka biomassa och lipidproduktion, har forskare experimenterat med sätt att öka effektiviteten hos RuBisCO, överuttrycka CBB-cykelenzym, införa kol-koncentrerande mekanismer och minska fotorespirationsförluster. Men en ny studie publicerad i Science, fokuserar på ett nytt tillvägagångssätt - att skapa en helt ny väg för kolupptag.
Forskarna involverade i studien införde en syntetisk CO2-upptagscykel i växten Arabidopsis thaliana. De hänvisar till den konstruerade cykeln som malyl-CoA-glycerat (McG)-cykeln, som arbetar i samarbete med CBB-cykeln för att skapa ett dual-cycle CO2-fixeringssystem. Den nya cykeln ökar effektiviteten genom att använda tidigare bortkastat kol.
"I McG-cykeln, fästs ett ytterligare kol när 3PG är ingången, eller inget kol förloras när glykolat är ingången. I båda fallen produceras acetyl-CoA effektivare, vilket förväntas förbättra produktionen av lipider och andra viktiga växtmetaboliter, inklusive fytormoner," skriver författarna.
För att testa McG-cykeln, uttryckte teamet sex heterologa enzymer i Arabidopsis kloroplaster för att etablera McG-cykeln. Resultaten var imponerande. Växter med etablerad McG-cykel växte större - upp till tre gånger i torrvikt - och ökade i blad- och fröantal och visade högre lipidinnehåll än sina vilda släktingar. Triglyceriderna i McG-växterna var upp till 100 gånger den normala mängden. Lipidinnehållet var så högt att växterna bildade fickor inom sina celler för att hålla de extra fetterna.
McG-cykeln visade sig öka effektiviteten genom att både minska förlusten av fotorespiratorisk CO2 och förbättra produktionen av acetyl-CoA. Sammanlagt var CO2-assimilationshastigheterna ungefär fördubblade.
Även om resultaten var lovande, är konsekvenserna av sådana förändringar fortfarande oklara. Forskarna noterar att effekterna av McG-cykeln i detta experiment inte nödvändigtvis är överförbara till grödor, och överuttrycket av heterologa gener kan tystas ned över successiva generationer. Det är också möjligt att det ökade kolupptaget endast är tillfälligt, eftersom kolpotentiellt kan frisläppas så snart växterna dör. Långsiktig stabilitet och ekologisk inverkan av McG-modifiering är också okända.
Ändå, med ytterligare forskning och testning, har resultaten här potential att öka skördeutbytet och oljeproduktionen för livsmedel och biobränslen, samt bidra till kolbindning och klimatförändringarnas mildrande med förbättrad växttillväxt.
Skrivet för dig av vår författare Krystal Kasal, redigerad av Gaby Clark, och faktagranskad och granskad av Robert Egan - denna artikel är resultatet av noggrant mänskligt arbete. Vi förlitar oss på läsare som dig för att hålla oberoende vetenskapsjournalistik vid liv. Om denna rapportering är viktig för dig, var vänlig överväg en donation (särskilt månatlig). Du kommer att få ett annonsfritt konto som tack.
Mer information: Kuan-Jen Lu et al, Dual-cycle CO2 fixation enhances growth and lipid synthesis in Arabidopsis thaliana, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp3528
Tidskriftsinformation: Science
© 2025 Science X Network
