As plantas evoluíram ao longo de milhões de anos em um ambiente que mudou drasticamente nos últimos 150 anos, desde o início da Revolução Industrial:os níveis de dióxido de carbono aumentaram 50 por cento, e a temperatura média global aumentou quase 2 graus Fahrenheit. Embora a adaptação natural não tenha conseguido acompanhar, cientistas desenvolveram ferramentas para simular milhões de anos de evolução em dias para ajudar as plantas a se adaptarem.

Publicado pela Journal of Biological Chemistry , pesquisadores relatam uma nova estratégia de triagem que lhes permitiu identificar, pela primeira vez, uma forma muito mais eficiente da enzima Rubisco, que catalisa a primeira etapa de fixação de dióxido de carbono a caminho da criação de biomassa vegetal na fotossíntese.

"Embora seja a enzima mais abundante e indiscutivelmente a mais importante em nossa planta, Rubisco pode não ter sido o melhor momento da evolução. Rubisco evoluiu quando o oxigênio estava ausente da atmosfera, e como resultado, não foi forçado a aprender a diferenciar entre as moléculas de dióxido de carbono que sustentam a vida e as moléculas de oxigênio que criam um composto tóxico que custa energia para a planta ser reciclado, "disse Don Ort, Diretor Adjunto de Realização do Aumento da Eficiência Fotossintética (RIPE), que apoiou este trabalho. Ort é fisiologista da Unidade de Pesquisa de Fotossíntese do USDA / ARS e Professor Robert Emerson de Biologia Vegetal e Ciências de Colheitas no Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica da Universidade de Illinois.

"Mostramos que podemos melhorar a eficiência da Rubisco, sua capacidade de diferenciar dióxido de carbono de oxigênio - esse é o verdadeiro zumbido, "disse o autor principal Spencer Whitney, professor associado da Australian National University. "Nosso Rubisco é mais rápido e tem maior afinidade com o dióxido de carbono. No passado, esta determinação demorou cerca de duas semanas, mas nosso novo sistema de triagem cortou esse tempo mais da metade. "

Usando a evolução dirigida, frequentemente descrito como evolução em um tubo de ensaio, a equipe testou 250, 000 Rubiscos mutantes de cianobactérias em E. coli bactérias projetadas para que sua sobrevivência dependa da eficiência da enzima. "Encontrar respostas sobre como melhorar o Rubisco é como procurar uma agulha em um palheiro, "Whitney disse." A beleza deste sistema é que nos permite nos livrar de todos aqueles pedaços de feno. "

Dezoito mutantes Rubisco sobreviveram à tela, onze dos quais foram considerados muito mais eficientes na fixação de dióxido de carbono. Eles descobriram que essas mutações são localizadas em um específico, região previamente inexplorada de Rubisco cianobacteriana. Agora eles esperam fazer ajustes semelhantes para melhorar o Rubisco nas safras e aumentar o crescimento e a produção.