科学者らは、植物の炭素固定に関与する重要なタンパク質であるが比較的非効率なルビスコ酵素に正確な変更を導入することで、光合成と植物の成長を大幅に改善する葉緑体ゲノム編集技術を開発した。この研究は、ネイチャーコミュニケーションズ、対象を絞った編集により、モデル植物における光合成パフォーマンス、バイオマス生産、水利用効率が向上することが実証されました。{0}シロイヌナズナ。これらの調査結果は次のことを強調しています将来の気候条件下でより生産性の高い作物を開発するための潜在的な経路。
研究者らは、葉緑体塩基編集技術を利用することで、植物ゲノムに外来 DNA を組み込むことなく、ルビスコ大サブユニットに単一アミノ酸置換を導入しました。{0} 2つの特定の変異、M309IとD397Nは酵素の触媒活性を強化し、現在および予想される大気中の二酸化炭素濃度の上昇下でも植物がより多くの炭素を同化できるようにした。編集された植物は、正常なルビスコとクロロフィルの含有量を維持しながら、シュートと根のサイズの増加、葉の面積の拡大、種子収量の増加を示しました。
これらの発見は、植物バイオテクノロジーにおける長年の課題に対処します。ルビスコは光合成の中心であるにもかかわらず、その触媒速度が比較的遅いため、数十年にわたって作物の生産性が制限されてきました。酵素を再設計したり置き換えたりするこれまでの試みでは、酵素の組み立てが中断されたり、植物の成長が低下したりすることがよくありました。対照的に、この研究は、既存のルビスコ遺伝子に標的を絞った小さな修飾を施すことで、植物の正常な発育を維持しながらその性能を向上させることができることを実証している。
研究者らはまた、気孔の開口を大きくすることなく光合成が増加するため、改変された植物がより高い固有の水利用効率を達成したことも観察しました。{0}クライオ-電子顕微鏡検査により、この変異によりルビスコの活性部位周囲の領域の柔軟性が変化することが明らかになり、微妙な構造変化が酵素機能をどのように改善できるかについて新たな洞察が得られました。
研究著者らは、標的アミノ酸の位置が多くの農作物にわたって高度に保存されており、このアプローチが農作物以外にも広く適用できる可能性があることを示していると指摘している。シロイヌナズナ。大気中の二酸化炭素濃度が上昇し続ける中、より速い触媒速度を備えたルビスコのバリアントにより、作物はますます困難な生育条件下で水をより効率的に使用しながら生産性を維持できるようになる可能性があります。
葉緑体編集プロセスでは育種後の最終植物に外来 DNA が残らないため、研究者らは、この技術により、新たな非 GMO 枠組みのもとで遺伝子編集された導入遺伝子を含まない植物を認めている国において、従来の遺伝子組み換え作物に関連する特定の規制障壁を回避できる可能性があると示唆しています。{0}{1}{1}
