Ein Molekularbiologe am Salk Institute, Joseph Swift, hob die Bedeutung der C4-Photosynthese bei Pflanzen hervor, die in trockenen und heißen Bedingungen gedeihen. Swift, Postdoktorand, betonte, dass der Klimawandel die Anzahl der Umgebungen mit solchen Bedingungen erhöhen wird, was diese Forschung entscheidend macht.
Swift war Mitautor eines in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Papiers, das die Evolution von C4-Pflanzen über Millionen von Jahren untersuchte. Während alle Pflanzen Photosynthese betreiben, um Sauerstoff und Nahrung zu produzieren, geschieht dies durch unterschiedliche Mechanismen. Die Studie legt nahe, dass die Genbearbeitung es ermöglichen könnte, dass mehr Pflanzen die effiziente C4-Photosynthese übernehmen.
Derzeit nutzen die meisten Pflanzen die alte C3-Photosynthese, die durch drei Kohlenstoffmoleküle gekennzeichnet ist. Diese Gruppe umfasst wichtige Kulturen wie Reis, Sojabohnen und Weizen. Joe Ecker, Professor für Genetik am Salk Institute und Hauptautor des Papiers, identifizierte Reis als einen Hauptkandidaten für die Umwandlung in C4.
Der C4-Prozess verbessert die Effizienz und die Dürretoleranz, indem er Probleme in C3-Pflanzen angeht, wie das Mischen von Kohlendioxid mit Sauerstoff während der Photosynthese, was zu Energieverschwendung führt. Zudem neigen C3-Pflanzen dazu, Wasser durch offene Poren auf ihren Blättern zu verlieren.
Ecker bemerkte, dass die Umwandlung von Reis, der weltweit die zweitwichtigste Kultur ist, von C3 zu C4 potenziell seine Photosynthesewirkung und seinen Ertrag um 50 % steigern könnte. Mais, eine führende C4-Pflanze, ist derzeit die bedeutendste Kultur.
Naturliche evolutionäre Prozesse haben Pflanzen etwa 60 Mal von C3 zu C4 verändert. Die Erreichung dieser Umwandlung im Labor durch Genbearbeitung stellt jedoch Herausforderungen dar und könnte bis zu 20 Jahre dauern.
Obwohl die Aussicht auf höhere Erträge ungewiss bleibt, wies Ecker darauf hin, dass mit einer erwarteten globalen Bevölkerung von nahezu 10 Milliarden bis 2050 die Verbesserung der Nahrungsmittelproduktion unerlässlich ist. 'Das Ziel ist es, den Ertrag von weltweit bedeutenden Pflanzen zu steigern, um die Ernährungssicherheit zu gewährleisten,' erklärte er.
Wissenschaftler am Salk Institute arbeiteten mit Wissenschaftlern der Universität Cambridge zusammen, um die genetischen Grundlagen der Photosynthese aufzudecken.