Studie zeigt, dass die gentechnisch veränderte Expression von Rubisco-Faktoren die Photosynthese und Kältetoleranz von Mais erhöht

Mais ist eine der weltweit am häufigsten angebauten Nutzpflanzen und für die globale Nahrungsmittelsicherheit unverzichtbar. Doch wie bei anderen Pflanzen kann sein Wachstum und seine Produktivität durch die langsame Aktivität von Rubisco eingeschränkt werden, dem Enzym, das für die Kohlenstoffassimilation während der Photosynthese verantwortlich ist.

In einer aktuellen Studie veröffentlicht im Zeitschrift für experimentelle BotanikWissenschaftler des Boyce Thompson Institute (BTI) haben einen vielversprechenden Ansatz zur Steigerung der Rubisco-Produktion und damit zur Verbesserung der Photosynthese und des gesamten Pflanzenwachstums vorgestellt.

Die Studie umfasste die transgene Expression von drei Schlüsselproteinen, dem Rubisco Accumulation Factor 2 (Raf2) und den großen und kleinen Rubisco-Untereinheiten. Durch die Überexpression dieser Proteine ​​erhöhten die Forscher den Rubisco-Gehalt, beschleunigten die Kohlenstoffassimilation und steigerten die Pflanzenhöhe bei Mais.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Veränderung der Rubisco-Zusammensetzung das Potenzial hat, die Produktivität von Nutzpflanzen zu steigern“, sagte Kathryn Eshenour, BTI-Forscherin und Erstautorin der Studie. „Indem wir die Expression dieser Proteine ​​verändern, können wir die Fähigkeit des Maises freisetzen, effizienter Photosynthese zu betreiben und robuster zu wachsen, selbst unter schwierigen Umweltbedingungen.“

Das Forschungsteam fand heraus, dass Raf1 und Raf2, obwohl sie in unterschiedlichen Schritten der Rubisco-Zusammensetzung wirken, unabhängig voneinander die Rubisco-Menge und die Pflanzenleistung steigern können. Dies eröffnet Möglichkeiten für weitere Verbesserungen durch die Kombination der Merkmale, was möglicherweise zu einer noch größeren photosynthetischen Kapazität führt.

Interessanterweise zeigten die gentechnisch veränderten Pflanzen auch eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Kältestress, eine häufige Umweltbelastung, die die Ernteerträge stark beeinträchtigen kann. Die Forscher beobachteten, dass diese Pflanzen während der Kälteeinwirkung höhere Photosyntheseraten beibehielten und sich nach Abklingen des Stresses schneller erholten.

Der innovative Ansatz des Teams bietet spannende Möglichkeiten für andere Nutzpflanzen. Viele Grundnahrungsmittel mit ähnlichen Photosynthesewegen wie Mais, wie Sorghum, Hirse und Zuckerrohr, könnten möglicherweise von dem in dieser Studie verwendeten Ansatz profitieren, der zu Verbesserungen der Photosyntheseeffizienz und des Ertrags führen würde.

„Diese vielversprechende Technologie ist eine von mehreren, die zur Verbesserung der Photosynthese bei Nutzpflanzen eingesetzt werden“, sagte David Stern, Professor am BTI und Hauptautor der Studie. „Indem wir die Feinheiten der Rubisco-Zusammensetzung und ihrer Regulierung weiter erforschen, können wir diesen Teil eines dringend benötigten Werkzeugkastens zur Verbesserung der Photosynthese bei einer Vielzahl von Nutzpflanzen verbessern.“

Da die Ernährungssicherheit weiterhin ein dringendes Problem bleibt und die Auswirkungen des Klimawandels sich verstärken, war der Bedarf an produktiveren und anpassungsfähigeren Nutzpflanzen nie größer. Diese Forschung unterstreicht das transformative Potenzial pflanzenwissenschaftlicher Lösungen bei der Bewältigung globaler Herausforderungen und veranschaulicht BTIs Engagement für die Gestaltung einer Zukunft, in der die Landwirtschaft floriert, die Artenvielfalt erhalten bleibt und die Menschheit von einer gesünderen, nachhaltigeren Welt profitiert.