Bilim insanları, bitki karbon fiksasyonunda rol oynayan önemli ancak nispeten verimsiz bir protein olan Rubisco enziminde kesin değişiklikler yaparak fotosentezi ve bitki büyümesini önemli ölçüde artıran bir kloroplast genom düzenleme tekniği geliştirdiler. Araştırmada yayınlandıDoğa İletişimi, hedeflenen düzenlemelerin model tesiste fotosentetik performansı, biyokütle üretimini ve su-kullanım verimliliğini artırdığını gösterdiArabidopsis thaliana. Bu bulgular öne çıkıyorgelecekteki iklim koşullarında daha verimli mahsuller geliştirmek için potansiyel bir yol.
Araştırmacılar, kloroplast baz-düzenleme teknolojisini kullanarak, yabancı DNA'yı bitki genomuna dahil etmeden Rubisco büyük alt birimine tekli amino asit ikameleri uyguladılar. İki spesifik mutasyon, M309I ve D397N, enzimin katalitik aktivitesini arttırdı ve bitkilerin hem mevcut hem de öngörülen yüksek atmosferik karbondioksit konsantrasyonları altında daha fazla karbon asimile etmesine olanak tanıdı. Düzenlenen bitkiler, normal Rubisco ve klorofil içeriğini korurken, artan sürgün ve kök boyutu, genişleyen yaprak alanı ve daha yüksek tohum verimi sergiledi.
Bu bulgular bitki biyoteknolojisinde uzun süredir devam eden bir soruna işaret ediyor. Rubisco fotosentezin merkezinde yer almasına rağmen, nispeten yavaş katalitik hızı onlarca yıldır mahsul verimliliğini sınırladı. Enzimin yeniden tasarlanması veya değiştirilmesine yönelik önceki girişimler sıklıkla enzimin bir araya gelmesini bozuyor veya bitki büyümesini azaltıyordu. Buna karşılık, bu çalışma, mevcut Rubisco geninde yapılacak küçük, hedefe yönelik modifikasyonların, normal bitki gelişimini korurken performansını artırabileceğini göstermektedir.
Araştırmacılar ayrıca, fotosentezin daha fazla stoma açıklığına gerek kalmadan artması nedeniyle, değiştirilmiş bitkilerin daha yüksek su{0}}kullanım verimliliği elde ettiğini de gözlemledi. Kriyo-elektron mikroskobu, mutasyonların Rubisco'nun aktif bölgesini çevreleyen bölgelerin esnekliğini değiştirdiğini ve ince yapısal değişikliklerin enzim fonksiyonunu nasıl geliştirebileceğine dair yeni bilgiler sunduğunu ortaya çıkardı.
Çalışma yazarları, hedeflenen amino asit pozisyonlarının birçok tarımsal üründe yüksek oranda korunduğunu ve bu yaklaşımın ötesinde de geniş çapta uygulanabilir olabileceğini belirtiyor.Arabidopsis. Atmosferdeki CO₂ konsantrasyonları artmaya devam ettikçe, daha hızlı katalitik hızlara sahip Rubisco çeşitleri, giderek zorlaşan büyüme koşulları altında mahsullerin suyu daha verimli kullanırken üretkenliğini korumasını sağlayabilir.
Kloroplast düzenleme süreci, üreme sonrasında son bitkilerde yabancı DNA bırakmadığından, araştırmacılar, bu teknolojinin, yeni ortaya çıkan GDO dışı çerçeveler altında gen-düzenlenmiş, transgen-içermeyen bitkileri tanıyan ülkelerdeki geleneksel genetiği değiştirilmiş ürünlerle ilişkili belirli düzenleyici engelleri aşabileceğini öne sürüyorlar.
