Planten leggen zonlicht via fotosynthese vast in energierijke stoffen, maar de meeste voedselgewassen, zoals rijst en tarwe, worden ‘dwarsgezeten’ door een concurrerend proces: fotorespiratie (‘lichtademhaling’). Daarbij worden met behulp van zuurstof ongewenste bijproducten van de fotosynthese omgezet in voor de plant nuttige producten. Dat gaat ten koste van het rendement van de fotosynthese. Onderzoekers van de universiteit van Illinois en van het Amerikaanse ministerie van landbouw hebben een tabaksplant genetisch zo veranderd dat die fotorespiratie efficiënter verloopt. Resultaat een 40% hogere opbrengst.
“We zouden 200 miljoen mensen extra per jaar kunnen voeden met de calorieën die in het midwesten van de VS jaarlijks verloren gaan door fotorespiratie”, zegt onderzoeker Donald Ort. “Als we daar maar een deel van konden oogsten over de hele wereld zou dat voor een belangrijk deel in de snelgroeiende behoefte aan voedsel voor de 21ste eeuw kunnen voorzien.” Het onderzoek is deel is van een groot internationaal project (RIPE) om het rendement van de fotosynthese in voedingsgewassen te vergroten.

Bij fotosynthese helpt het in planten overvloedig aanwezige enzym Rubisco om kooldioxide en water om te zetten in suikers, die energie en materiaal leveren voor de groei. Rubisco, zou je kunnen zeggen, is een slachtoffer van eigen succes, want een product van fotosynthese is zuurstof (de goden zij dank). Dat leidt echter wel eens tot ‘vergissingen’, waarbij het enzym zuurstof pakt in plaats van CO₂. Dat levert voor de plant giftige stoffen op die onschadelijk moeten worden gemaakt door fotorespiratie.

Anti-fotosynthese

“Fotorespiratie is anti-fotosynthese”, zegt medeonderzoeker en moleculair bioloog Paul South van de landbouwkundige dienst in Illinois. “Die kost de plant kostbare energie die had kunnen worden gestoken in groei en opbrengst.” Fotorespiratie verloopt normaal via een ingewikkeld proces verdeeld over drie compartimenten in een plantencel. De onderzoekers verbouwden het genoom van de plantencellen zo dat dat proces aanzienlijk soepeler verliep, waardoor er minder energie voor nodig was, met een hogere opbrengst als, beoogde, beloning. Het zou voor het eerst zijn geweest dat genetisch aangepaste fotorespiratie onder praktijkomstandigheden zou zijn beproefd.
De onderzoekers ontwerpen en verwezenlijkten drie verschillende routes voor de fotorespiratie. Ze probeerden die routes in 1700 planten uit om daar de beste uit te pikken. Ze deden twee jaar veldproeven en konden constateren dat de genetisch gemanipuleerde planten sneller groeiden, langer werden en 40% meer biomassa vormden met stelen die 50% dikker waren.

Tabak

Ze probeerden hun bhypotheses uit bij tabaksplanten. Die schijnen een uitstekend model te zijn voor dit soort onderzoek, aangezien ze makkelijker te testen en te manipuleren zijn dat voedselgewassen. Nu proberen de onderzoekers hun vindingen te vertalen voor voedselgewassen zoals sojabonen, rijst, aardappels, tomaten en aubergines. Het schijnt dat naarmate het warmer wordt Rubesco meer moeite heeft het bij kooldioxide te houden in plaats van het ’te doen’ met zuurstof. De onderzoeken willen dat de planten niet alleen nu meer opbtrengen maar ook als het warmer zou worden. Het zal, schatten ze, zeker nog een jaar of tien duren voor de nieuwe aanpak in de landbouwpraktijk zal kunnen worden toegepast. Het is de bedoeling dat kleine boeren in de minder bedeelde gebieden van de wereld, zoals in de sub-Sahara en Zuidoost-Azië de producten van RIPE vrij van rechten kunnen kopen.

Bron: Alpha Galileo