Hacking Fotosintesis Menghasilkan Tanaman Turbocharged

Para ilmuwan yang bekerja dengan enzim tanaman telah menemukan cara untuk meningkatkan fotosintesis, menciptakan tanaman turbocharged yang bisa suatu hari nanti meningkatkan hasil pertanian dengan sangat tinggi. Karya ini diterbitkan dalam Nature minggu ini. 

Populasi dunia diperkirakan melewati sembilan miliar pada tahun 2050 dan di seluruh planet, hasil panen dibatasi oleh efisiensi fotosintesis - menangkap sinar matahari untuk menghasilkan gula dan oksigen dari karbon dioksida dan air. Konversi CO2 menjadi gula dimediasi oleh enzim yang disebut Rubisco. Dan pada tanaman, itu agak tidak efisien, enzim lambat bekerja. Untuk mengimbangi, tanaman harus menghasilkan banyak itu: Rubisco mungkin merupakan protein yang paling berlimpah di Bumi, Alam melaporkan, terhitung sampai setengah dari semua protein terlarut daun itu. 

Tapi mungkin ada cara lain. Mikroba fotosintetik disebut cyanobacteria memiliki bentuk lebih cepat dari Rubisco yang digabungkan dengan mekanisme CO2-berkonsentrasi. Namun, upaya mengganti mesin CO2-converting pada tanaman dengan cyanobacteria telah gagal. 

Sekarang, sebuah tim yang dipimpin oleh Maureen Hanson dari Cornell University telah mengumumkan generasi sukses tanaman tembakau (Nicotiana tabacum, model umum untuk penelitian genetik) dengan Rubisco dari ganggang biru-hijau, Synechococcus elongatus. Dengan mengganti gen untuk enzim karbon memperbaiki dalam tanaman tembakau dengan dua gen untuk versi cyanobacterial, tanaman mereka direkayasa (digambarkan di atas dan di bawah) melakukan fotosintesis dan memiliki tingkat lebih tinggi dari omset CO2 dibandingkan tanaman dengan versi asli dari enzim - bila ditanam di lingkungan CO2 tinggi. 

"Ini adalah pertama kalinya bahwa tanaman yang telah dibuat melalui rekayasa genetika untuk memperbaiki semua karbon oleh enzim cyanobacterial," kata Hanson dalam rilis berita. "Ini adalah langkah pertama yang penting dalam menciptakan tanaman dengan fotosintesis lebih efisien." Jadi bagaimana mereka berhasil di mana orang lain telah gagal? Sebuah pendekatan yang luas-stroke, Hanson mengatakan Popular Mechanics: Tidak hanya mereka menukar dalam gen cyanobacterial, mereka juga membuat beberapa substitusi genetik lain untuk menyertakan protein untuk pembuatan enzim. 

Salah satu trik utama adalah untuk mencegah reaksi boros: Terkadang Rubisco ingin bereaksi dengan oksigen bukan CO2, yang merupakan pemborosan energi. Rubisco pada tanaman kurang reaktif dengan oksigen dan tradeoff adalah bahwa hal itu memperlambat memperbaiki karbon dan fotosintesis. Cepat-memperbaiki Rubisco di cyanobacteria adalah cara yang lebih reaktif dengan oksigen. Untuk mengatasi itu, cyanobacteria melindungi enzim dalam mikro-kompartemen khusus, yang disebut carboxysomes, yang menjaga oksigen dan berkonsentrasi CO2 untuk fotosintesis yang efisien. 

Sebelumnya, tim dimasukkan gen ganggang biru-hijau dalam tembakau untuk membuat carboxysomes dalam sel tanaman, dan mereka sekarang bekerja pada penggabungan gen untuk cyanobacterial Rubisco dengan gen untuk carboxysomes di kloroplas tembakau - organel di mana fotosintesis sebenarnya terjadi.

Sumber