DNA-ingreep maakt fotosynthese stukken efficiënter

Landbouw Tabaksplanten waarbij het proces van fotosynthese is aangepast groeien harder dan wilde planten.

Tabaksplanten.
Tabaksplanten. Foto iStock

Tabaksplanten waarbij de stofwisseling genetisch ingrijpend is gereorganiseerd, groeien stukken harder dan hun wilde soortgenoten. Het drooggewicht van de aangepaste planten ligt tot 40 procent hoger. Vier plantwetenschappers van de universiteit van Illinois beschrijven hun resultaten vrijdag in Science.

Hun werk biedt uitzicht op een verbetering van de landbouwopbrengst. In 2050, schrijven de auteurs, zal de vraag naar landbouwproducten tussen de 60 en 120 procent hoger liggen dan in 2005. Het is een gevolg van de groeiende wereldbevolking, de stijgende welvaart, en de toenemende vraag naar biobrandstoffen (opgewerkt uit gewassen als suikerriet, maïs, koolzaad). Om te voorkomen dat nog meer regenwoud en savanne in landbouwgrond moeten worden omgezet, moeten de bestaande akkers veel productiever worden.

De aanpak van de onderzoekers past in een trend waarbij de stofwisseling van planten ingrijpend wordt gereorganiseerd. Dit waren experimenten op C3-planten, een benaming die betrekking heeft op de manier waarop CO2 uit de lucht wordt vastgelegd en via fotosynthese wordt omgezet in energierijke koolstofverbindingen als glucose en zetmeel. C3-planten groeien vooral in gematigde gebieden. Behalve tabak (vaak gebruikt als modelplant) horen ook gewassen als rijst, tarwe, soja, suikerbiet en aardappel ertoe. Bij C3-planten gaat de fotosynthese altijd gepaard met zogeheten fotorespiratie, waarbij tot 50 procent van de via fotosynthese vastgelegde koolstof weer wordt omgezet tot CO2. Landbouwwetenschappers zien dit als een verkwistend proces.

Zo ook de onderzoekers van de universiteit van Illinois. Ze manipuleerden tabaksplanten op drie manieren, met genen van ofwel de bacterie E. coli, ofwel pompoen en zandraket, ofwel pompoen en een alg. Veel van de ingrepen waren gericht op het molecuul glycolaat, een tussenproduct dat in C3-planten bij fotosynthese ontstaat in de chloroplasten (bladgroenkorrels), en van daaruit wordt vervoerd naar andere orgaantjes (de peroxisomen) waar het wordt omgezet in CO2. De extra ingebrachte genen zorgden ervoor dat glycolaat in de chloroplasten blijft. Eerst werden proeven in de kas uitgevoerd, daarna in het veld. Bij de groep tabaksplanten met genen van pompoen en alg zagen de onderzoekers de meeste gewichtstoename, tot 40 procent vergeleken met wilde soortgenoten. De volgende stap is die gewichtstoename gericht te sturen naar de gewenste plantdelen, zoals de korrel of de stengel.