FoodPro Preloader

Små bakterier gir genetikk for å spare mat


I motsetning til økende risiko fra ekstremt vær, vil ris- og hveteproduktører trenge mer effektive planter. Planter blir ofte tenkt som fotografens mestre, prosessen hvor sollys, karbondioksid og vann omdannes til brukbar energi, men når det gjelder effektivitet blir de slått ut av en ganske overraskende rival: bakterier. Pla

I motsetning til økende risiko fra ekstremt vær, vil ris- og hveteproduktører trenge mer effektive planter.

Planter blir ofte tenkt som fotografens mestre, prosessen hvor sollys, karbondioksid og vann omdannes til brukbar energi, men når det gjelder effektivitet blir de slått ut av en ganske overraskende rival: bakterier.

Planter bruker ressurser, som mineraler og vann, for å fremme veksten, men de er også begrenset av enzymer de trenger for å fullføre fotosyntese, spesielt et enzym som er kjent som RuBisCo.

Både planter og bakterier stole på RuBisCo for å fikse eller transformere karbondioksid i de første stadiene av fotosyntese. Dessverre kan RuBisCo også reagere med oksygen, og skape et ubrukelig molekyl at anlegget må bruke mer energi til å resirkulere. Resultatet avfaller langt mer næringsstoffer enn plantene trenger, koster både ressurser og penger, og legger en teoretisk grense på avkastningene.

Nylig begynte forskerteam fra Cornell University og Rothamsted Research i Storbritannia å lete etter måter rundt denne barrieren. De valgte gener fra bakterier som har utviklet seg til å omgå dette dilemmaet og satt dem inn i planteceller i håp om at det bakterielle tillegget ville gi de samme fordelene på planter og gi matavlinger en måte å øke utbyttet under pressene som følge av klimaendringer.

"Hvis det viste seg å være effektivt, ville denne teknologien redusere mengden av nøkkel næringsstoffer som nitrogen og, mest spesielt, vann som trengs av anlegget, samtidig som renten øker, " sa Lin Myat, en postdoktor i molekylærbiologi og genetikk hos Cornell og ledet videre på studien. Begge næringsstoffene er verdifulle tillegg til noen avlinger, særlig under presset av økende tørke.

I noen viktige matavlinger, som hvete eller ris, skjer den uønskede RuBisCo-reaksjonen omtrent en fjerdedel av tiden. Mens noen avlinger som mais har utviklet måter å redusere sannsynligheten for denne sløsende reaksjonen, krever de ekstra energi til å gjøre det. Med en voksende befolkning å mate og begrense ressurser, har det blitt et stadig mer studert emne å finne nye måter å unngå RuBisCo-problemet uten å bruke ekstra energi i planteplanter.

Cyanobacterias overlevelsesevne bidrar til tobakk
I det siste tiåret har fremskritt i avkastningsutbyttet nådd en dødvann. De mest åpenbare måtene å øke produktiviteten var utmattet eller har vist seg å være skadelige for klimaet i overskudd, som for eksempel nitrogengjødsel, og tvinger forskerne til å lete etter alternative metoder ( ClimateWire 11. juni).

"Vi hadde kommet til det punktet hvor vi skulle kjøre kurset på tradisjonelle metoder for å øke avlingene for ca 10 år siden, som selektiv avl og gjødsel, " sa Myat.

"Etter det måtte vi begynne å lete etter måter å innlemme nye maskiner inn i plantens celler seg selv." Dette er da gener fra bakterier begynte å bli sett på som en mulig løsning.

Mens planter forblir i mørket på hvordan å gjøre RuBisCo mer effektive, kom cyanobakterier opp med en løsning på problemet for millioner av år siden da tidlige hav har fått oksygen. Cyanobakterier måtte finne en måte å begrense sin egen RuBisCo fra å reagere med uønsket oksygen, slik at de utviklet spesialiserte rom, kjent som karboksylaser, med en raskere form av RuBisCo og et fancy nytt knep.

Mens den nøyaktige metoden forblir uklar, kan karboxysomer på en eller annen måte øke konsentrasjonen av CO2 rundt sine RuBisCo-enzymer til det punktet hvor den utvider oksygen, noe som fører til færre mislykkede reaksjoner og sparer bakterienergien.

Før det ble fastslått at det var praktisk å bruke denne fotosyntetiske snarveien i planter, måtte Myat og hans team først bevise at kapselen av karboksylaser kunne danne seg i planteceller i det hele tatt. Ved å bruke en prosess der valgte gener blir tvunget inn i bladets stomata, eller små gassutvekslingsåpninger, merket de generene med en florescerende tracker og injiserte dem deretter i tobakkplanteblad.

Injiserer energieffektivitet i avlinger?
Ved å spore de innsatte genene fant de at proteiner faktisk virket som de var ment å, og dannet det samme karboksylskallet de produserer i bakterier.

"Vi var i stand til å vise at vi kan sette carboxylase-komponenter i planteceller de vil montere som de gjør i cyanobakterier, " sa Myat. "Nå kan vi begynne å legge til de indre komponentene i karboksylasen for å se om det faktisk fungerer når anlegget blir mer effektivt."

Anvendelsen av denne teknologien er langt unna, sier Myat, men som klimaendringer fortsetter å legge press på bønder og industri for å finne mer bærekraftig praksis, kan carboxylaser gi en måte å redusere mengden næringsstoffer som forbrukes og bortkastes av avlinger, mens produserer større utbytter.

Likevel gjenstår mange spørsmål om prosessenes gjennomførbarhet, viktigst av alt om planter vil vedta cyanobakterier RuBisCo fra de introduserte carboxylasene eller fortsette å produsere sin egen ineffektive form, noe som gjør teknologien kontraproduktiv. De neste forsøkene vil innebære å fjerne tobakkens egen RuBisCo for å se hvordan den håndterer bakterieversjonen.

Men selv om planter avviser det utenlandske enzymets hjelp, kan det fortsatt være praktiske bruksområder for Myats funn. Det tomme karboksylasket kan brukes som en leveringsmetode for andre molekyler eller gener i planteceller.

"Det er mye vi kan gjøre med dette, men det kommer virkelig til å bli en trinnvis læringsprosess, " konkluderte Myat, "og vi vet ikke hvor stor eller praktisk disse fordelene er før vi har laget det gjennom hvert av disse trinnene. "

Forskningen ble publisert online denne uken i Plant Journal .

Reprinted from Climatewire med tillatelse fra Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

I motsetning til Sylvester og Tweety får katter vanligvis sine fugler - opptil 3,7 milliarder av demNy sesong på den røde planetenSpørsmål & Svar: Lawrence Krauss på den største historien noensinne fortaltRing meg på MetaphoneVarmere hav knyttet til østkysten orkanutbruddVenter på reformer kan gi det vitenskapelige fellesskapet lindring fra Storbritannias farliggjørende skadereglerItalias oliventre måtte ikke dø6 Supercool Tech Toy Standouts på 2016 International Toy Fair [Slide Show]