Et internasjon alt langsiktig forskningssamarbeid med sikte på å skape effektive risvarianter med høy avkastning og vannbruk, har med suksess installert deler av fotosyntesemaskineriet fra mais til ris.
"Vi samlet fem gener fra mais som koder for fem enzymer i C4-fotosynteseveien til en enkelt genkonstruksjon og installerte den i risplanter," sa hovedforfatter Dr Maria Ermakova, som jobber ved The Australian National University (ANU), som en del av det internasjonale C4 Rice Project, ledet av Oxford University.
Ris, en av verdens viktigste matvarer, bruker den mindre effektive C3-fotosynteseveien. Forskere spår at introduksjonen av de mer effektive C4-fotosynteseegenskapene i ris potensielt kan øke fotosynteseeffektiviteten med femti prosent, forbedre nitrogenbrukseffektiviteten og doble vannbrukseffektiviteten.
"Selv om vi introduserer alle genene som kreves for å lage C4-ris fortsatt langt unna, er dette det første papiret der vi satte sammen en funksjonell C4-biokjemi i ris, som er veldig spennende," sa Dr Ermakova, fra ARC Center of Excellence for Translational Photosynthesis (CoETP).
Ved å bruke syntetisk biologi kan forskere introdusere flere gener samtidig, få en plante på bare ett år og lage prototyper for å redesigne "konstruksjonene" deres veldig raskt, bare i løpet av noen måneder. I skarp kontrast kan det ta flere år å bruke den gamle tilnærmingen, som setter inn ett enkelt gen hver gang.
"For meg er det viktigste aspektet ved denne artikkelen at vi har mestret teknologien som vil hjelpe oss på vår reise mot C4-ris, og nå kan vi gå videre til neste fase med høyere hastighet enn noen gang før, " sa CoETPs nestleder professor Susanne von Caemmerer, en av medforfatterne av denne studien.
Ved å bruke samme type teknikk som Hal Hatch brukte i 1966 under oppdagelsen av C4-banen, kunne teamet av forskere fra Max Planck Institute følge den merkede CO2på vei gjennom stien.
'Dette er nok et nøkkelresultat, ettersom vi var i stand til å bevise at karbondioksid fikses ved hjelp av C4-banen. Vi oppnådde med andre ord genuttrykk, men vi fikk også enzymene involvert til å være aktive og fungere i planten i de riktige cellene, sier professor von Caemmerer.
"Selv om plantene vi produserte ennå ikke fungerer veldig effektivt som C4, vet vi nå at en del av fotosyntesen deres beveger seg gjennom C4-banen," sier hun.
"Forskerteamet inkluderer forskere med mangfoldig ekspertise fra mikroskopi til fysiologi, planteavl og modellering," sier Dr Florence Danila, som var ansvarlig for enzymlokaliseringen ved hjelp av molekylærmikroskopiteknikker ved ANU C4 Rice Project Node.
"Vi startet C4-risprosjektet for ti år siden, som involverte seksten laboratorier i elleve land. Denne spesielle forskningen har tatt oss fem år å fullføre, og den koordinerte innsatsen fra flere forskere fra flere organisasjoner rundt om i verden, inkludert Washington State University, Oxford University, Cambridge University, ANU og Max Planck Institute, sier professor Robert Furbank, direktør for ARC Center of Excellence for Translational Photosynthesis og en av forfatterne av studien.
"Vårt neste steg er å sette sammen en konstruksjon ved hjelp av seksten gener, så vi har mye arbeid å gjøre. Dette er de første vaklende stegene mot å oppnå C4-ris. Disse resultatene viser at vi kan manipulere en hel metabolsk vei. Disse resultatene viser at det er mulig å lage en funksjonell C4-ris, sier professor Furbank.
