สล็อตแตกง่าย นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้ข้าวสาลีที่ทนต่อความร้อนมากขึ้นอีกก้าว

สล็อตแตกง่าย นักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับการตอบสนองระดับโมเลกุลในพืชผลได้เข้าใกล้เป้าหมายในการผลิตข้าวสาลีที่ทนต่อความร้อนมากขึ้นตัวควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะบอกให้เครื่องปรับอากาศเปิดเครื่องเมื่อดวงอาทิตย์ตกในฤดูร้อนและเมื่อต้องปิดตัวลงเพื่อประหยัดพลังงาน ในทำนองเดียวกัน พืชมี Rubisco activase หรือเรียกสั้นๆ ว่า Rca ที่บอกให้เอนไซม์ที่สร้างพลังงานของพืช (Rubisco) เริ่มทำงานเมื่อดวงอาทิตย์

ส่องแสง และส่งสัญญาณให้หยุดเมื่อใบไม้ขาดแสง

วันนี้ ทีมงานจากมหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์รายงานใน The Plant Journal ว่าการสับเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลเพียงชิ้นเดียวจาก 380 อันที่ประกอบเป็น Rca ในข้าวสาลีทำให้สามารถกระตุ้น Rubisco ได้เร็วขึ้นในอุณหภูมิที่ร้อนขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงโอกาสที่จะช่วยปกป้องพืชผลจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น

“เราใช้ข้าวสาลี Rca (2β) ที่เปิดใช้งาน Rubisco ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าได้ดีอยู่แล้ว และเปลี่ยนกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวกับกรดอะมิโนตัวหนึ่งที่พบในข้าวสาลี Rca (1β) อีกตัวหนึ่งซึ่งทำงานได้ดีในอุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่เป็นขยะที่ การเปิดใช้งาน Rubisco และผลลัพธ์ที่ได้คือรูปแบบใหม่ของ 2β Rca ที่ดีที่สุดสำหรับทั้งสองโลก” Elizabete Carmo-Silva อาจารย์อาวุโสของ Lancaster Environment Center ผู้ดูแลงานนี้สำหรับโครงการวิจัยที่เรียกว่า Realizing Increased Photosynthetic Efficiency ( สุก).

RIPE เป็นพืชผลทางวิศวกรรมให้มีประสิทธิผลมากขึ้นโดยการปรับปรุงการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่พืชทั้งหมดใช้ในการแปลงแสงแดดเป็นพลังงานและผลผลิต RIPE ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Bill & Melinda Gates, มูลนิธิเพื่อการวิจัยอาหารและการเกษตรแห่งสหรัฐอเมริกา (FFAR) และกระทรวงการพัฒนาระหว่างประเทศของรัฐบาลสหราชอาณาจักร (DFID)

นี่คือรายละเอียด: ข้าวสาลี Rca 1β ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีกรดอะมิโนไอโซลิวซีน ทำงานได้ถึง 39 องศาเซลเซียส แต่ไม่สามารถกระตุ้น Rubisco ได้ดีเยี่ยม ในขณะที่ 2β ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีกรดอะมิโนเมไทโอนีน ทำงานได้สูงถึง 30 องศาเซลเซียส และเปิดใช้งาน Rubisco ได้ดี ที่นี่ทีมได้สร้าง 2β เวอร์ชันใหม่ด้วยกรดอะมิโนไอโซลิวซีนที่ทำงานได้ถึง 35 องศาเซลเซียสและกระตุ้น Rubisco ได้ดีทีเดียว

Dr Carmo-Silva กล่าวว่า “โดยพื้นฐานแล้ว 1β เป็นเอนไซม์ขยะ และ 2β มีความไวต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น “สิ่งที่ยอดเยี่ยมที่นี่คือเราได้แสดงให้เห็นว่าการแลกเปลี่ยนกรดอะมิโนนี้ทำให้ Rca ทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพในการกระตุ้น Rubisco จริงๆ ซึ่งจะช่วยให้พืชเริ่มสังเคราะห์แสงภายใต้ความเครียดจากอุณหภูมิเพื่อให้ผลผลิตสูงขึ้น”

งานนี้ดำเนินการ  ในหลอดทดลอง ใน  E. coliได้รับการสนับสนุนโดยปริญญาเอก การเป็นนักเรียนโดยศูนย์สิ่งแวดล้อมแลงคาสเตอร์ถึงผู้เขียนคนแรก Gustaf Degen ที่สำคัญ การค้นพบนี้จะสนับสนุนความพยายามของ RIPE ในการอธิบายลักษณะและปรับปรุง Rca ของพืชอาหารอื่นๆ เช่น cowpea และถั่วเหลือง ซึ่งแต่ละชนิดมี Rca ที่แตกต่างกันหลายรูปแบบ

Carmo-Silva กล่าวว่า “เมื่อดูพื้นที่ปลูกถั่วลันเตาในแอฟริกา จากแอฟริกาใต้มีอุณหภูมิเฉลี่ย 22 องศาเซลเซียสถึงไนจีเรียที่ประมาณ 30 และพื้นที่ทางเหนือขึ้นไปถึง 38 องศา” “ถ้าเราสามารถช่วยให้ Rubisco เปิดใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในอุณหภูมิเหล่านี้ นั่นเป็นสิ่งที่ทรงพลังจริงๆ และสามารถช่วยให้เราปิดช่องว่างระหว่างศักยภาพผลผลิตกับความเป็นจริงสำหรับเกษตรกรที่พึ่งพาพืชผลเหล่านี้เพื่อการยังชีพและการดำรงชีวิต”

โครงการ RIPE และผู้ให้การสนับสนุนมีความมุ่งมั่นที่จะสร้างความมั่นใจว่า Global Access และทำให้เทคโนโลยีของโครงการพร้อมใช้งานสำหรับเกษตรกรที่ต้องการพวกเขามากที่สุด

การตระหนักถึงประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงที่เพิ่มขึ้น

 (RIPE) มีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อให้เกษตรกรทั่วโลกได้รับพืชที่ให้ผลผลิตสูง เพื่อให้แน่ใจว่าทุกคนมีอาหารเพียงพอที่จะมีชีวิตที่แข็งแรงและมีประสิทธิผล โครงการวิจัยระดับนานาชาตินี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Bill & Melinda Gates Foundation มูลนิธิเพื่อการวิจัยอาหารและการเกษตรแห่งสหรัฐอเมริกา และกรมการพัฒนาระหว่างประเทศของรัฐบาลสหราชอาณาจักร

RIPE นำโดยมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์โดยร่วมมือกับมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน, องค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเครือจักรภพ, มหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์, มหาวิทยาลัยรัฐลุยเซียนา, มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย, เบิร์กลีย์, มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, มหาวิทยาลัยเอสเซ็กซ์ และ สหรัฐอเมริกากรมวิชาการเกษตร บริการวิจัยการเกษตร

ที่มา: มหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์

โฟกัสในอนาคต

ความมั่นคงด้านอาหารท่ามกลางสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงจะต้องใช้การคิดนอกกรอบ เนื่องจากการแก้ปัญหาหนึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาอีกอย่างหนึ่ง

ตัวอย่างเช่น การปลูกพืชในออสเตรเลียจำนวนมากทำได้ด้วยการไถพรวนน้อยที่สุด ซึ่งจะเป็นการเพิ่มคาร์บอนในดินและช่วยต่อสู้กับปริมาณน้ำฝนที่ลดลง อย่างไรก็ตาม มันอาศัยการใช้ไกลโฟเสตในการควบคุมวัชพืชมากกว่า ซึ่งบางคนมองว่าเป็นปัญหาที่ต่างออกไป นอกจากนี้ การทำเกษตรอินทรีย์สามารถแก้ปัญหาผู้บริโภคและการอนุรักษ์บางอย่างได้ แต่ผลผลิตจะลดลงอย่างมากและที่ดินไม่ได้ผลิตผลเท่าที่ควร ซึ่งจะเป็นการเพิ่มก๊าซเรือนกระจกที่ผลิตขึ้น

“นั่นคือสิ่งที่เราทำในฐานะนักปรับปรุงพันธุ์พืช เรามองภาพรวมเป็นภาพรวม” Leddin กล่าว สล็อตแตกง่าย