Gena care stimulează creșterea plantelor cu până la 200% și pe doar 30% din suprafață

Cercetătorii au identificat o genă numită Booster care stimulează fotosinteza și creșterea cu până la 200% în condiții controlate și pe o suprafață de doar 30% pe teren. Această descoperire, relevantă pentru alte culturi precum Arabidopsis (crețișoară), poate duce la creșterea randamentelor agricole și a producției de bioenergie fără resurse suplimentare, lucru care ar putea avea un cuvânt greu de său asupra economiei.

O echipă de cercetători din două centre dedicate bioenergiei, finanțate de Departamentul pentru Energie al SUA – Centrul pentru Inovare în Bioenergie (CBI) al Laboratorului Național Oak Ridge și Centrul pentru Inovare Avansată în Bioenergie și Bioproduse (CABBI) de la Universitatea Illinois Urbana-Champaign – a identificat o genă la plopi care îmbunătățește semnificativ procesul de fotosinteză. Această genă, denumită Booster, poate crește înălțimea arborilor cu aproximativ 30% în condiții de câmp și cu până la 200% în medii de seră.

Pe lângă stimularea creșterii plopilor, gena Booster a generat, de asemenea, o creștere a biomasei la Arabidopsis (crețișoară), sugerând că ar putea spori randamentul altor culturi dacă este aplicată pe scară largă.

Plopii: O resursă bioenergetică esențială

Booster a fost identificată în specia Populus trichocarpa (plop negru), un arbore nativ din Baja California până în nordul Canadei, recunoscut ca fiind o materie primă promițătoare pentru producția de biocombustibili și bioproduse.

Aceasta este o genă chimeră care conține secvențe din trei gene distincte și care a fost păstrată aproape neschimbată de-a lungul evoluției. Gena joacă un rol crucial în fotosinteză – procesul prin care plantele transformă lumina solară, dioxidul de carbon și apa în glucoză, baza pentru producția de celuloză, amidon și alte macromolecule utilizate în alimente și combustibili.

Originea și impactul genelor chimerice

Genele chimerice, precum Booster, au origini complexe care permit schimbări evolutive, ajutând plantele să se adapteze mediilor noi. Analizele au arătat că această genă înglobează ADN provenind din:

• o bacterie asociată cu rădăcinile plopului,
• o furnică cultivatoare de ciuperci ce infectează plopii,
• subunitatea mare a proteinei Rubisco, esențială pentru fotosinteză.

Rubisco, o proteină abundentă în cloroplastele plantelor, este cunoscută pentru rolul său de „captator de carbon” din atmosferă, contribuind semnificativ la creșterea plantelor.

Creșteri impresionante în producție

Când cercetătorii au modificat plopii pentru a exprima mai intens gena Booster, aceștia au obținut o creștere impresionantă a conținutului de Rubisco (cu până la 62%) și a activității fotosintetice. Plopii astfel modificați au devenit cu până la 200% mai înalți în seră și cu până la 37% mai înalți în câmp, cu o creștere de 88% a volumului tulpinii. Similar, introducerea genei în Arabidopsis a condus la o creștere a biomasei și o producție de semințe cu 50% mai mare, potrivit scitechdaily.com.

Implicații pentru agricultură și bioenergie

Plopii și Arabidopsis sunt plante din categoria C3, care include culturi alimentare precum soia, orezul, grâul și ovăzul. Gena Booster are potențialul de a crește randamentele acestor culturi fără a necesita resurse suplimentare de pământ, apă sau îngrășăminte, sprijinind o bioeconomie sustenabilă.

„Cultivarea unor culturi bioenergetice perene și productive pe terenuri marginale ne poate ajuta să răspundem cererii crescânde de biocombustibili lichizi pentru sectoarele greu de electrificat, cum ar fi aviația”, a explicat Jerry Tuskan, directorul CBI. „Plantele cu creștere rapidă și rezistente pot revitaliza economia rurală, creând locuri de muncă și susținând cererea globală de energie.”

Profesorul Stephen Long, expert în fotosinteză de la Universitatea Illinois, a adăugat: „Această descoperire ar putea schimba regulile jocului, oferind o modalitate semnificativă de a stimula fotosinteza și productivitatea plantelor.”

Cercetări viitoare și colaborare

Testele viitoare vor evalua aplicabilitatea genei în diverse locații și condiții, inclusiv pe alte plante bioenergetice și alimentare, pentru a confirma succesul pe termen lung. Cercetarea este susținută de două centre ale Departamentului pentru Energie și implică metode avansate de prelucrare genetică și fenotipare.

O contribuție inovatoare în biotehnologie

„Genele chimerice conservate, cum este Booster, au fost adesea trecute cu vederea, dar am demonstrat că acestea pot influența în mod semnificativ procesele biologice, îmbunătățind fotosinteza și randamentele culturilor”, a concluzionat Biruk Feyissa de la ORNL, autor principal al studiului.

Această descoperire deschide noi oportunități în agricultură, bioenergie și sustenabilitate globală, oferind speranțe pentru abordarea problemelor de securitate alimentară și energetică la nivel mondial.