Maggio 18, 2022

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Des scientifiques resuscitent d’anciennes enzimi per migliorare la fotosintesi

Une étude de l’Université Cornell décrit une percée dans la quête pour améliorer la photosynthèse dans determinate culture, une étape vers l’adaptation des plantes aux changements climatiques rapides et l’augmentation pouriurrer de 9 milliurricis 20 milliurrici people.

L’étude, « Améliorer l’efficaciacité de Rubisco en ressuscitant ses ancêtres dans la famille des solanacées », publiée le 15 avril dans Avanzate scientifiche. L’autore principale è Maureen Hanson, professeur Liberty Hyde Bailey de biologie moléculaire végétale au Collège d’agriculture et des sciences de la vie. Il premier autore Myat Lin è un associé de recherche post-dottorato nel laboratorio di Hanson.

Gli autori non sviluppano una tecnica di calcolo per predire le sequenze di geni favorevoli al carattere di Rubisco, un enzima vegetale clé per la fotosintesi. La tecnica a permis aux scientifiques d’identifier des enzimi candidati promette qui pourraient être intégrées dans les cultures modernes et, en fin de compte, rendre la photosynthèse plus efficace et augmenter les rendements des culture.

Leur méthode reposait sur l’histoire de l’évolution, où les chercheurs ont prédit les gènes Rubisco il ya 20 à 30 millioni d’années, lorsque le dioxyde de carbone de la Terre (CO2) étaient plus élevés qu’ils ne le sont aujourd’hui et gli enzimi Rubisco des plantes ont été adaptées à ces niveaux.

En ressuscitant l’ancien Rubisco, les premiers résultats sont prometteurs pour développer des enzimi Rubisco plus rapides et plus efficacis à incorporer dans les culture et les aiutante à s’adapter aux condition futures chaudes et main actives sège sèches, la chaleur.2 concentrazioni di gas nell’atmosfera terrestre.

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L’étude décrit les predictions de 98 enzimi Rubisco à des moment clés de l’histoire évolutive des plant de la famille des solanacées, qui comprennent la tomate, le poivron, la pomme de terre, l’aubergine et leac. Les chercheurs utilisent le tabac comme modèle expérimental pour leurs études sur Rubisco.

«Nous avons pu identifier les enzimi ancestrali prédites qui ont des qualités supérieures par rapport aux enzimi actuelles», un déclaré Hanson. In una tecnica développé la nouvelle pour identifier les anciennes enzimi Rubisco prédites.

Les scientifiques savent qu’ils peuvent augmenter le rendements des culture en accélérant la photosynthèse, où les plantes convertsent le CO2l’eau et la lumière en oxygène et en sucres que les plantes utilisent pour produire de l’énergie et pour construire de nouveaux tissus.

Pendant de nombreuses années, les chercheurs se sont concentrés sur le Rubisco, une enzima lente qui extrait (ou fixe) le carbone du CO2 versare créer des sucres. En plus d’être lent, Rubisco catalizza aussi parfois unae reazione avec l’oxygène de l’air ; ce faisant, il crée un sous-produit toxique, gaspile de l’énergie et rend la photosynthèse inefficace.

Le laboratoire de Hanson avait précédemment saggio d’utiliser Rubisco à partir de cyanobactéries (algues bleu-vert), qui est plus rapide mais réagit égallement facilement avec l’oxygène, obligeant les chercheurs ere protéurs à pourer de crêt saggio enzima de l’oxygène , avec des résultats mitigés. D’autres chercheurs ont essayé de concevoir un Rubisco plus ottimali e apportant des modifications aux acids amminés de l’enzyme, bien que l’on sache peu de Chooses sur les changes qui conduiraient aux résultats souhaités.

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Dans cette étude, Lin a reconstruit une phylogénie – un diagramme en form d’arbre montrant la relation évolutive entre des groupes d’organismes – de Rubisco, en utilisant des plantes Solanacées.

« En obtenant beaucoup de [genetic] séquences de Rubisco dans les plantes existantes, un arbre phylogénétique pourrait être construit pour déterminer quel Rubisco esiste probabilmente il ya 20 à 30 millioni d’années », un déclaré Hanson.

L’avantage d’identifier d’anciennes séquences Rubisco potentielles est que les niveaux de dioxyde de carbone atteignaient peut-être 500 à 800 party par million (ppm) dans l’atmosphère il ya 25 à 50 million d’années. Aujourd’hui, le CO piégeant la chaleur2 les niveaux augmentent fortement en raison de nombreuses activités humaines, avec des mesures actuelles d’environ 420 ppm, après être restées relativement constantes sous 300 ppm pendant des centaines de millénaires jusqu’aux années 1950.

Lin, Hanson et ses collègues ont ensuite utilisé un système expérimental développé pour le tabac dans le laboratoire de Hanson et décrit dans un articolo Nature Plants de 2020, qui utilizzare la bactérie E. coli pour’ tester jeffné ée une de serente une de Rubisco. Des test similiires effectués dans des usines prennent des mois à vérifier.

L’équipe a découvert que les anciennes enzimi Rubisco prédites à partir des plantes Solanacées modernes semblaient vraiment prometteuses d’être plus efficacis.

« Pour la prochaine étape, nous voulons remplacer les gènes de l’enzyme Rubisco existante dans le tabac par ces séquences ancestrales en utilisant CRISPR [gene-editing] technologie, puis mesurer comment elle affettie la produzione di biomasse », a déclaré Hanson. « Nous espérons certeement que nos expériences montreront qu’en adaptant Rubisco aux condition actuelles, nous aurons des plantes qui donneront de meilleurs rendements.

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Si leur méthode s’avère efficace, ces séquences Rubisco efficaces pourraient être transférées dans des culture racconta que les tomates, ainsi que dans celles d’autres familles de plantes, telles que le soja.et le

L’étude a été financée del dipartimento americano dell’energia.