מפעלי הנדסה לשגשוג בתנאים חמים ויבשים יותר הקשורים לשינויי אקלים הם תחום מחקר מדעי מפוצץ, שכן חוקרים בכל העולם פועלים להדוף את האיום של חוסר ביטחון תזונתי.
שני מחקרים חדשים הראו כיצד אנזימים תורמים לחוסן הצמחים, כאשר אחד מהם מראה ערך רב בגידולי תפוחי אדמה.
תפוחי אדמה רחוקים מלהיות צנועים - בערך2/3 מאוכלוסיית העולם אוכלים אותםכתזונה בסיסית. מחקר חדש הראה שניתן לשנות אותם גנטית כדי להיות עמידים יותר להתחממות כדור הארץ.
אביולוגיה של שינוי עולמי נְיָרמצא שצמחי תפוחי אדמה שעברו שינוי הגדילו פקעות ב-30% בתנאי גלי חום (בהשוואה לרגילים) מבלי לפגוע באיכות התזונתית.
השינויים הגנטיים כוונו לתהליך המכונה photorespiration, אשר הוכח כמפחית את התפוקה של גידולי סויה, אורז וירקות בעד 40% ומתרחש לעתים קרובות יותר בתנאי טמפרטורה גבוהים.
"אם אנחנו מתכוונים לענות על הצורך במזון באזורים שנמצאים בסיכון הגבוה ביותר מתפוקה מופחתת עקב התחממות כדור הארץ", אומרת קתרין מחם-הנסולד מאוניברסיטת אילינוי בארה"ב, המחברת הראשונה של הספרביולוגיה של שינוי עולמינְיָר.
"אנחנו צריכים לייצר יבולים שיכולים לעמוד באירועי גלי חום תכופים ואינטנסיביים יותר.
"הגידול של 30% במסת הפקעת שנצפה בניסויי השדה שלנו מראה את ההבטחה לשיפור הפוטוסינתזה כדי לאפשר גידולים מוכנים לאקלים."
במהלך הפוטוסינתזה, אנזים צמחי, רוביסקו, מזרז את קיבוע הפחמן הדו חמצני. אבל זה יכול גם לזרז תגובה עם חמצן בתהליך המכונה photorespiration.
זהו תהליך חיוני בצמח, אך הוא גם מבזבז אנרגיה המופקת בפוטוסינתזה ומייצר תוצר לוואי רעיל - גליקולט. זה קורה גם בתדירות גבוהה יותר בתנאים חמים ויבשים.
"נשימת צילומים היא עלות אנרגיה גדולה עבור המפעל", אומרת מחם-הנסולד.
"זה מוריד מייצור מזון מכיוון שהאנרגיה מופנית לחילוף חומרים של הרעלן. המטרה שלנו הייתה להפחית את כמות האנרגיה המבוזבזת על ידי עקיפת מסלול הנשימה המקורי של הצמח".
נפרדתלִלמוֹד, פורסם ביומן ביוטכנולוגיה צמחית, הסתכל על הגדלת יכולתם של צמחים לשרוד בטמפרטורות גבוהות על ידי הנדסת האנזים בשלב הסופי של photorespiration.
במחקר זה, החוקרים הגבירו את היציבות התרמונית של האנזים גליצראט 3-קינאז (GLYK), המעורב בשלב הסופי של הנשימה הפוטו-לאומית, בקרקס תל (Arabidopsis thaliana).
הם הסתכלו על המבנה של אותו אנזים באצהCyanidioschyzon merolae, שחי במעיינות חמים וולקניים חומציים. לאחר שזיהו את המאפיינים המבניים האחראים ליציבות התרמונית הגדולה יותר, החוקרים הכניסו אותם אליהםארבידופסיסGLIKE.
"על ידי הבנת ה'למה' של איךC. merolaeאנזימים פועלים בטמפרטורות גבוהות יותר, אנחנו יכולים להנדס מחדש אנזימים צמחיים כדי להיות מוכנים טוב יותר לעולם עם טמפרטורות גבוהות יותר", אומר ברקלי ווקר, פרופסור חבר באוניברסיטת מישיגן סטייט בארה"ב.
השלב הבא הוא להכניס את האנזימים המהונדסים והסובלניים יותר לחום למפעל הדגםארבידופסיסלראות איך הצמח מגיב.
"ההבנה כיצד אנו יכולים ללמוד מהטבע ולשפר אנזימים לעתיד חם יותר היא קריטית מכיוון שצמחים מתמודדים עם טמפרטורות שהם לא נחשפו אליהן באופן היסטורי", אומר ווקר.
"חלק מהאנזימים יהיו בסדר, אבל אחרים אולי לא יוכלו לסבול את החום. עם הידע הזה, יש לנו אסטרטגיה שאנחנו יכולים לנסות על כל אנזים כדי להגביר את יכולתו לפעול בתנאים חמים יותר".
