O aumento projetado na condutância do mesofilo melhora a eficiência fotossintética em testes de campo
Pesquisadores da Universidade de Illinois provaram que aumentos na condutância do mesofilo podem ser projetados e que levam a aumentos na fotossíntese. Esses resultados foram mostrados em um ensaio de campo com uma cultura modelo (tabaco). A modificação será testada na cultura alimentar soja nos próximos anos. Crédito:projeto RIPE É possível criar maior condutância do mesofilo em plantas, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Illinois. A condutância do mesofilo desempenha um papel fundamental na fotossíntese e refere-se à facilidade com que o CO
2 pode difundir-se através das células da folha antes de chegar ao local onde é finalmente transformado em açúcar para alimentar a planta (fixação de carbono).
CO2 enfrenta barreiras à medida que se move através da folha, incluindo suas próprias paredes celulares. Pesquisadores do Long Lab descobriram que, ao aumentar a permeabilidade e reduzir ligeiramente a espessura das paredes celulares, eles poderiam aumentar o CO2 difusão e absorção em uma cultura modelo.
"Este é um dos poucos testes de conceito bem-sucedidos que mostram que podemos projetar um aumento na condutância do mesofilo e fazer com que isso resulte em aumento da fotossíntese no campo", disse Coralie Salesse-Smith, pesquisadora de pós-doutorado no Long Lab e autora principal de um estudo. artigo sobre a pesquisa, publicado no Plant Biotechnology Journal .
"A teoria nos mostra que o aumento da condutância do mesofilo para aumentar a fotossíntese pode ser alcançado sem o custo de mais água. Isto é importante considerando a necessidade urgente de aumentar a produção agrícola e o uso sustentável da água."
A fotossíntese é o processo natural que todas as plantas usam para converter luz solar, água e dióxido de carbono em energia e produção. CO2 A jornada de se tornar açúcar (energia) útil para a planta começa quando ela passa por pequenos orifícios nas folhas conhecidos como estômatos.
Para que o CO2 para chegar ao cloroplasto (onde é transformado em açúcar), deve passar por uma série de barreiras, incluindo a parede celular. A equipe levantou a hipótese de que se pudessem melhorar o CO2 difusão através da parede celular, tornando essas barreiras mais fáceis de atravessar, melhoraria a condutância do mesofilo e, por sua vez, a eficiência fotossintética. Aumentar a condutância do mesofilo significa que mais CO2 estará disponível para a planta se transformar em alimento.
Um artigo anterior dos colegas Realizing Aumentada Eficiência Fotossintética (RIPE) de Salesse-Smith mostrou que paredes celulares mais finas estão associadas a maior condutância do mesofilo. Isto sugere que diminuir intencionalmente a espessura das paredes pode alterar a facilidade com que o CO2 move-se através das folhas, aumentando potencialmente a fotossíntese. Inspirado neste artigo, Salesse-Smith quis testar essa ideia em uma planta modelo.
Após uma revisão da literatura, Salesse-Smith estreitou seu foco na superexpressão ou aumento da quantidade de CGR3, um gene que demonstrou alterar os componentes da parede celular. Este gene foi inserido numa espécie de tabaco e cultivado juntamente com plantas sem o gene num ensaio de campo durante a estação de cultivo de 2022. O tabaco foi utilizado como planta modelo porque é mais fácil de trabalhar em laboratório e no campo, e também porque permitiu aos investigadores testar a genética a um ritmo mais rápido do que com uma cultura alimentar.
“Direcionar a parede celular foi muito importante porque é um dos principais componentes que limitam a condutância do mesofilo. Diminuir sua espessura e torná-la mais permeável tornaria mais fácil para o CO2 para chegar ao local de fixação de carbono", disse Salesse-Smith, pesquisador de pós-doutorado do RIPE no Long Lab da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.
“Ao superexpressar o gene alvo, fomos capazes de diminuir a espessura da parede celular e aumentar sua permeabilidade, o que, como presumimos, acabou aumentando a condutância do mesofilo e, por sua vez, a fotossíntese”.
A RIPE, liderada por Illinois, está projetando culturas para serem mais produtivas, melhorando a fotossíntese, o processo natural que todas as plantas usam para converter a luz solar em energia.
As plantas que superexpressam o gene CGR3 apresentaram uma diminuição na espessura da parede celular de 7–13% e um aumento na porosidade de 75% quando comparadas às plantas sem este gene adicionado. A equipe alcançou o objetivo de fazer alterações na parede celular, mas a verdadeira medida do sucesso foi quando os dados também mostraram um aumento de 8% na fotossíntese no campo.
"Esperávamos que esta modificação permitisse mais CO2 entrar no cloroplasto e ser usado para criar energia na forma de açúcar, e foi isso que aconteceu, mas só porque funcionou em uma cultura modelo não significa que você obtém os mesmos resultados com uma cultura alimentar", disse Salesse- Smith.
“É importante testar o que acontece na soja para ver se as mesmas melhorias na condutância do mesofilo e na fotossíntese serão alcançadas, e se isso leva a melhorias no rendimento”.
Munida destes resultados, a equipa está a trabalhar para testar esta modificação na soja, para ver se o aumento da fotossíntese, a eficiência do uso da água e o rendimento podem ser obtidos numa cultura alimentar. Os testes de campo da soja poderão ocorrer já na estação de cultivo de 2025.
