Teadlased on välja töötanud kloroplasti genoomi redigeerimise tehnika, mis parandab oluliselt fotosünteesi ja taimede kasvu, viies sisse täpsed muudatused Rubisco ensüümis, mis on oluline, kuid suhteliselt ebaefektiivne valk, mis on seotud taimede süsiniku sidumisega. Uuring, mis avaldati aastalLooduskommunikatsioonidnäitas, et sihitud muudatused suurendasid fotosünteesi jõudlust, biomassi tootmist ja veekasutuse{0}}tõhusust mudeltehasesArabidopsis thaliana. Need leiud rõhutavadpotentsiaalne viis tootlikumate põllukultuuride arendamiseks tulevastes kliimatingimustes.
Kasutades kloroplasti baasi{0}}redigeerimistehnoloogiat, viisid teadlased Rubisco suurde subühikusse üksikud aminohappe asendused, lisamata taime genoomi võõr-DNA-d. Kaks spetsiifilist mutatsiooni, M309I ja D397N, suurendasid ensüümi katalüütilist aktiivsust, võimaldades taimedel omastada rohkem süsinikku nii praeguse kui ka prognoositava kõrgendatud atmosfääri süsinikdioksiidi kontsentratsiooni korral. Redigeeritud taimedel oli suurenenud võrsete ja juurte suurus, laienenud lehtede pindala ja suurem seemnesaak, säilitades samal ajal normaalse Rubisco ja klorofülli sisalduse.
Need leiud käsitlevad taimede biotehnoloogia pikaajalist väljakutset. Kuigi Rubisco on fotosünteesis kesksel kohal, on selle suhteliselt aeglane katalüütiline kiirus aastakümneid piiranud põllukultuuride tootlikkust. Varasemad katsed ensüümi ümber kujundada või asendada häirisid sageli selle kokkupanekut või vähendasid taimede kasvu. Seevastu see uuring näitab, et olemasoleva Rubisco geeni väikesed, sihipärased modifikatsioonid võivad parandada selle jõudlust, säilitades samal ajal taimede normaalse arengu.
Teadlased täheldasid ka, et modifitseeritud taimed saavutasid suurema sisemise vee{0}}kasutustõhususe, kuna fotosüntees suurenes, ilma et oleks vaja stomaati rohkem avada. Krüo-elektronmikroskoopia näitas, et mutatsioonid muutsid Rubisco aktiivset kohta ümbritsevate piirkondade paindlikkust, pakkudes uusi teadmisi selle kohta, kuidas peened struktuurimuutused võivad ensüümi funktsiooni parandada.
Uuringu autorid märgivad, et sihitud aminohapete positsioonid on paljudes põllukultuurides väga konserveerunud, mis näitab, et seda lähenemisviisi saab laialdaselt rakendada ka väljaspool.Arabidopsis. Kuna atmosfääri CO₂ kontsentratsioonid kasvavad jätkuvalt, võivad Rubisco kiirema katalüütilise kiirusega variandid võimaldada põllukultuuridel säilitada tootlikkust, kasutades samal ajal vett tõhusamalt üha keerulisemates kasvutingimustes.
Kuna kloroplasti redigeerimisprotsess ei jäta pärast aretamist lõpptaimedesse võõr-DNA-d, arvavad teadlased, et see tehnoloogia võib mööda minna teatavatest regulatiivsetest tõketest, mis on seotud tavapäraste geneetiliselt muundatud põllukultuuridega riikides, mis tunnustavad geenide -redigeeritud, transgeeni-vabu taimi tekkivate mitte-GMO raamistike all.
