การให้พืชมีสารเคมีที่ดีกว่าสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงในวันหนึ่งอาจทำให้ผลผลิตพืชผลสูงขึ้น
การเกลี้ยกล่อมยีนแบคทีเรียเพื่อแทนที่ เว็บสล็อต การชะลอตัวของเอนไซม์ในต้นยาสูบอาจเป็นขั้นตอนหนึ่งในการเพิ่มผลผลิตในพืชอาหาร
นักชีววิทยาได้บ่นมาหลายสิบปีเกี่ยวกับการเดินแบบอืดอาดและความผิดพลาดอย่างสิ้นเปลืองของเอนไซม์ชื่อเล่น Rubisco (สำหรับ D-ribulose-1,5-bisphosphate คาร์บอกซิเลส/ออกซีเจเนส) เอ็นไซม์รุ่นหนึ่งเตรียมขั้นตอนสำคัญในการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศสำหรับสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงตั้งแต่บ่อโคลนไปจนถึงเรดวู้ด พืชสีเขียวกลุ่มใหญ่ เช่น ถั่วเหลือง ข้าว และข้าวสาลี มีพืชตระกูล Rubisco ที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดอยู่บ้าง ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะจำกัดผลผลิต
แนวทางในการปรับปรุง Rubisco อาจทำได้ใกล้ขึ้นกว่าเดิม ต้องขอบคุณการทดแทนยีนที่ออกแบบโดยนักวิจัยจาก Cornell University และ Rothamsted Research ใน Harpenden ประเทศอังกฤษ ยีนสำหรับพริก Rubisco ที่ยืมมาจากไซยาโนแบคทีเรีย สร้างเอนไซม์ที่ทำงานในยาสูบในห้องปฏิบัติการนักวิจัยรายงานวันที่ 17 กันยายนในNature ยาสูบทำหน้าที่เป็นหนูทดลองทางพฤกษศาสตร์ แต่นักวิจัยหวังว่าสิ่งที่พวกเขาเรียนรู้สักวันหนึ่งจะทำให้พืชอาหารมีประสิทธิภาพมากขึ้น
จำเป็นต้องมีงานมากขึ้นก่อนที่นักวิจัยจะสามารถให้พืชเจริญเติบโตได้ด้วยยีน
Rubisco ที่ยืมมา Maureen Hanson ผู้เขียนร่วมนักพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลที่ Cornell กล่าว ถึงกระนั้น เธอพอใจกับการแสดงให้เห็นว่ายีนที่ปลูกถ่ายนั้นได้ผล “ถ้าคุณทำงานนี้ไม่ได้” เธอกล่าว “คุณต้องล้มเลิกโครงการทั้งหมด”
งานนี้ดู “มีความสำคัญมาก” Dean Price ซึ่งห้องทดลองที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลียในแคนเบอร์รายังสำรวจวิธีการเพิ่มการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วย การนำยีน Rubisco ของสปีชีส์อื่นไปปลูกในพืชไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่คราวนี้ นักวิจัยชักชวนให้ยีนจากไซยาโนแบคทีเรียสร้างเอนไซม์ที่มีประโยชน์ในปริมาณที่พอเหมาะ
หากนักวิจัยสามารถผลักดันพืช เช่น ถั่วเหลืองหรือข้าวสาลีให้สังเคราะห์แสงได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับไซยาโนแบคทีเรีย ผลผลิตพืชผลอาจเพิ่มขึ้น 36 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ Stephen Long จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign กล่าว เทรนด์แนะนำว่าโลกจะต้องเพิ่มอุปทานข้าว ข้าวสาลี และถั่วเหลืองเป็นสองเท่าภายในปี 2050 เพื่อเลี้ยงประชากรที่เฟื่องฟู เขากล่าว
เอนไซม์ Rubisco นั้น “ช้าและสับสน” นักชีวเคมีจากพืช Spencer Whitney จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลียกล่าว มันสามารถดักจับคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง หรือออกซิเจน ซึ่งจะทำให้การดักจับพลังงานปกติสั้นลง และสร้างสารประกอบที่เซลล์ต้องทำความสะอาด รูปแบบแรกเริ่มของ Rubisco อาจเกิดขึ้นเมื่อ 3 พันล้านปีก่อนเมื่อ CO 2ครอบงำชั้นบรรยากาศของโลก แต่ในบรรยากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนในปัจจุบัน มันจับ O 2 ที่สิ้นเปลืองได้ง่าย แทน
ไซยาโนแบคทีเรียลดของเสียดังกล่าวด้วยการสร้างโลก CO 2 ของตัวเอง พวกเขาห่อหุ้ม Rubisco ไว้ในช่องเล็กๆ ที่ CO 2เข้มข้น เมื่อมีสิ่งล่อใจให้ออกซิเจนเพียงเล็กน้อย ความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดก็ต่ำ ดังนั้นไซยาโนแบคทีเรียจึงสามารถใช้รูปแบบ Rubisco ที่ไม่เลือกปฏิบัติโดยเฉพาะ แต่จะปั่นผลิตภัณฑ์ออกอย่างรวดเร็ว
การให้ยีน Rubisco ทำงานในสายพันธุ์ใหม่ก่อให้เกิดความท้าทายที่แปลกประหลาด ตัวอย่างเช่น หน่วยย่อยขนาดใหญ่แปดหน่วยของเอนไซม์ Rubisco โดยปกติจะถูกเข้ารหัสโดยยีนในคลอโรพลาสต์ แต่ยีนสำหรับหน่วยย่อยขนาดเล็กแปดหน่วยของเอนไซม์นั้นอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์
นักชีววิทยาระดับโมเลกุล Myat Lin ในห้องทดลองของ Hanson ได้รับมือกับการใส่ยีนไซยาโนแบคทีเรียสำหรับหน่วยย่อยทั้งสองชนิดรวมทั้งตัวช่วยบางส่วนลงในคลอโรพลาสต์ของยาสูบ คลอโรพลาสต์มีสำเนาของยีนจำนวนมากมาย ประมาณ 2,500 แทนที่จะเป็น 10 ในนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งปกติแล้วเซลล์จะผลิตโปรตีนคลอโรพลาสต์ในปริมาณมาก
การถ่ายโอนทำงานได้ดีพอสำหรับไซยาโนแบคทีเรีย Rubisco เพื่อรักษาการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชยาสูบ และรุ่นที่ถ่ายโอนนั้นดักจับคาร์บอนต่อหน่วยของเอ็นไซม์ได้มากกว่า Rubisco ปกติของพืช อย่างไรก็ตาม ต้นยาสูบดัดแปลงไม่มียีนสำหรับช่องที่มีความเข้มข้น ของ CO 2 แม้ว่านักวิจัยจะเก็บต้นไม้ไว้ในห้องที่มีคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าอากาศปกติถึง 22 เท่าแต่ต้นยาสูบก็ยังไม่โตเร็ว สำหรับยาสูบที่จะใช้ประโยชน์จากเอ็นไซม์ใหม่นี้ นักวิจัยหวังว่าจะเพิ่มส่วนต่างๆ เข้าไป Hanson กล่าว
Howard Griffiths จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ตั้งข้อสังเกตว่ายังมีกลยุทธ์อื่น ๆ สำหรับการอัพเกรด Rubisco ห้องทดลองของเขากำลังพยายามเกลี้ยกล่อมเอ็นไซม์เวอร์ชันพืช — ด้วยการเลือกปฏิบัติที่เหนือกว่าสำหรับ CO 2เหนือ O 2 — เพื่อทำงานเป็นกลุ่มที่หลวมซึ่งอาจให้ประโยชน์บางประการของการแบ่งส่วน เว็บสล็อต
