به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تیمی در تایوان روش جدیدی را برای جذب و استفاده از دی اکسید کربن توسط گیاهان طراحی کرده است که به طور بالقوه می‌تواند مبارزه با تغییرات اقلیمی را متحول کند.
محققان با وارد کردن یک چرخه بیوشیمیایی اضافی در یک گیاه مدل، رشد، عملکرد دانه و تولید چربی را بدون افزایش تقاضای آب افزایش دادند.
گیاهان معمولاً برای تبدیل دی‌اکسید کربن به ترکیبات آلی به چرخه کالوین-بنسون-باسهام متکی هستند. آنزیم کلیدی در این چرخه، روبیسکو، به طور چشمگیری ناکارآمد است. این محدودیت، میزان کربنی را که گیاهان می‌توانند ذخیره کنند، محدود کرده است.
برای غلبه بر این مشکل، محققان تایوانی مسیر جدیدی به نام چرخه مالیل-کوآ-گلیسرات یا چرخه مک‌جی (McG) معرفی کردند.
برخلاف چرخه کالوین، این چرخه یک مولکول دو کربنی را که مستقیماً در تولید لیپید قابل استفاده است، تولید می‌کند. همچنین کربن را در دو مرحله دریافت می‌کند و در هر چرخه کربن بیشتری جذب می‌کند.
نکته مهم این است که چرخه McG با چرخه کالوین مرتبط است و به این دو سیستم اجازه می‌دهد مولکول‌های اضافی را متعادل کنند. این طرح از هشت واکنش استفاده می‌کند که همگی توسط آنزیم‌هایی هدایت می‌شوند که در طبیعت وجود دارند، هرچند که در یک گونه با هم نیستند.
آزمایش در یک کارخانه مدل
این تیم ژن‌های چرخه McG را به گیاه Arabidopsis thaliana، یک علف هرز کوچک که اغلب در تحقیقات گیاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اضافه کرد.
نتایج قابل توجه بود. گیاهان اصلاح‌شده دو تا سه برابر سنگین‌تر از گیاهان کنترل‌شده رشد کردند. آنها برگ‌های بیشتر، برگ‌های بزرگ‌تر و دانه‌های بیشتری تولید کردند.
مادلین سیل در خلاصه‌ای از این کار گفت: «گیاهانی که چرخه McG را تجربه کردند، لیپیدها، عملکرد دانه و زیست‌توده کلی بیشتری داشتند.»
ردیابی رادیواکتیو تایید کرد که کربن جذب‌شده به درون مولکول‌های مورد انتظار جریان یافته است.
تصویربرداری همچنین سلول‌هایی را نشان داد که مملو از کیسه‌های پر از لیپید بودند. در برخی موارد، سطح تری گلیسیرید تا ۱۰۰ برابر یا بیشتر افزایش یافت.
این دستاورد‌ها در شرایط مختلف رشد ظاهر شدند. گیاهان کربن بیشتری را بدون مصرف آب بیشتر جذب کردند، که عامل مهمی برای کاربرد‌های دنیای واقعی است.
موانع پیش از استفاده در دنیای واقعی
با وجود این نوید، محققان در مورد نتیجه‌گیری‌های اولیه هشدار می‌دهند. آرابیدوپسیس یک علف هرز آزمایشگاهی است، نه یک محصول یا درخت. گیاهان بزرگ ممکن است به تجمع بیش از حد لیپید واکنش متفاوتی نشان دهند.
خاک غنی از مواد مغذی در آزمایشگاه‌ها نیز منعکس‌کننده چالش‌های شرایط مزرعه نیست.
سوال دیگر این است که چه مقدار از کربن اضافی به صورت جدا شده باقی می‌ماند. اگر لیپیدها پس از مرگ گیاه اکسید شوند، بسیاری از فواید آن می‌تواند از بین برود.
با این حال، تولید سوخت زیستی می‌تواند این مسیر را به ابزاری برای انرژی تجدیدپذیر تبدیل کند، زیرا چربی‌ها می‌توانند به سوخت تبدیل شوند.
سیل گفت: «در حال حاضر، این مطالعه اثباتی بر این مفهوم است.» «این کار اثباتی بر مفهوم افزایش تثبیت کربن و رشد گیاه بدون نیاز به تغییر مستقیم عملکرد روبیسکو ارائه می‌دهد.»
توانایی تغییر متابولیسم گیاهان، نقطه عطفی را نشان می‌دهد. دانشمندان چرخه‌ای را که میلیارد‌ها سال در حال فعالیت بوده است، اصلاح کرده‌اند و به جای شکستن آن، باعث رشد گیاهان شده‌اند.
این مطالعه در مجله ساینس منتشر شده است.