تقویت فتوسنتز گیاهان با ابداع یک روش جدید

محققان دانشگاه لیورپول (UOL) روش جدیدی را برای بهبود قابل توجه توانایی گیاه برای فتوسنتز با کمک یک باکتری کشف کردند.

به گزارش تکناک،  آنها بر این باورند که این رویکرد می تواند به انسان اجازه دهد تولید جهانی محصول را حتی در شرایط تغییرات آب و هوایی افزایش دهد.

وزارت کشاورزی آمریکا گزارش داده که در حال حاضر عامل حدود 90 درصد از دست رفتن محصولات کشاورزی ناشی از رویدادهای ناخوشایند آب و هوایی است و بسیاری از آنها در اثر تغییرات آب و هوایی تشدید می شوند. ناسا همچنین تخمین می زند که تا سال 2030، تولید جهانی محصولات عمده ای مانند گندم و ذرت می تواند به ترتیب 24 و 17 درصد کاهش یابد.

در همین حال، جمعیت انسانی از مرز 8.5 میلیارد نفر عبور خواهد کرد. پس چگونه با کاهش تولید غذا به تعداد فزاینده ای از مردم غذا خواهیم داد؟ یک مطالعه جدید منتشر شده از محققان UOL تلاش می کند تا یک راه حل منحصر به فرد برای این مشکل ارائه دهد.

در تحقیقات خود، تیم UOL اشاره می‌کند که فتوسنتز (فرایند طبیعی که به گیاهان اجازه می‌دهد غذای خود را با استفاده از نور خورشید بسازند) در گیاهان توسط آنزیمی به نام روبیسکو محدود می‌شود. این آنزیم همچنین به عنوان پروتئین ریبولوز-1،5-بیس فسفات کربوکسیلاز-اکسیژناز که فعال ترین پروتئین موجود در کلروپلاست (اندامک های سلولی که فتوسنتز را انجام می دهند) یک گیاه است، شناخته می شود.

روبیسکو دی اکسید کربن اتمسفر جذب شده توسط گیاه را به کربن مفید تبدیل می کند و تولید انرژی از CO2 را تسهیل می کند. بنابراین نقش مهمی در مرحله تثبیت کربن گیاه در فتوسنتز و متابولیسم اکسیژن دارد.

مطالعات در گذشته نشان داده اند که شرایط آب و هوایی مانند خشکسالی، افزایش سطح CO2 در محیط و افزایش دما بر فعالیت روبیسکو تأثیر منفی می گذارد. در نتیجه انرژی کمتری در اختیار گیاهان قرار می گیرد و تولید غذا کاهش می یابد.

محققان UOL در طول مطالعه خود دریافتند که برخی از باکتری ها دارای مکانیسم های متمرکز کننده CO2 هستند که می تواند کارایی روبیسکو را بهبود بخشد. این مکانیسم با وجود ریز محفظه های پروتئینی خاص به نام کربوکسیزوم در باکتری ها پشتیبانی می شود.

برای مدت طولانی، دانشمندان سعی کرده‌اند از کربوکسیزوم‌های باکتری‌ها برای تامین مقادیر زیادی CO2 در اطراف روبیسکو در گیاهان استفاده کنند، زیرا این فرآیند به افزایش فتوسنتز و تولید محصول معروف است.

محققان ادعا می کنند که مطالعه فعلی این کار را انجام داده است. در طول این تحقیق، آنها با موفقیت مجموعه‌ای از کربوکسیزوم‌ها را از باکتری Halothiobacillus neapolitanus به دست آوردند و آن‌ها را به کلروپلاست‌های یک گیاه تنباکو منتقل کردند.

کربوکسیزوم های مهندسی شده توانایی روبیسکو برای تولید انرژی از دی اکسید کربن را افزایش داده و توانایی گیاه را برای زنده ماندن در شرایط نامساعد بهبود می بخشد. لو-نینگ لیو، یکی از نویسندگان مطالعه و کارشناس میکروبیولوژی در UOL، گفت: “ما از این پیشرفت بسیار هیجان زده هستیم.”

او ادامه داد: به طور کلی، یافته‌های ما برای بهبود توسعه و تولید محصولات زراعی که می‌تواند در برابر تغییرات آب و هوایی مقاومت کند و نیازهای غذایی رو به رشد جمعیت در حال گسترش جهان را برآورده کند، اثبات مفهومی ارائه می دهد.

یک گزارش تکان دهنده از سازمان ملل نشان می دهد که هر 24 ساعت، جهان ما شاهد مرگ حدود 25000 نفر تنها به دلیل مسائل مربوط به گرسنگی است.

اگر نتوانیم از محصولات خود در برابر تغییرات آب و هوایی محافظت کنیم، ممکن است وضعیت بدتر شود. امیدواریم این کار تحقیقاتی به کشاورزان در سراسر جهان کمک کند تا تولید محصول خود را افزایش دهند تا امنیت غذایی برای همه در آینده تضمین شود.