Os cientistas desenvolveram uma técnica de edição do genoma do cloroplasto que melhora significativamente a fotossíntese e o crescimento das plantas, introduzindo mudanças precisas na enzima Rubisco, que é uma proteína chave, mas relativamente ineficiente, envolvida na fixação de carbono nas plantas. A pesquisa, publicada emComunicações da Natureza, demonstraram que edições direcionadas aumentaram o desempenho fotossintético, a produção de biomassa e a eficiência do uso-da água na planta modeloArabidopsis thaliana. Essas descobertas destacamum caminho potencial para o desenvolvimento de culturas mais produtivas sob condições climáticas futuras.
Ao empregar a tecnologia de edição-de bases de cloroplastos, os pesquisadores introduziram substituições de aminoácidos únicos na subunidade grande da Rubisco sem incorporar DNA estranho ao genoma da planta. Duas mutações específicas, M309I e D397N, aumentaram a atividade catalítica da enzima, permitindo que as plantas assimilassem mais carbono sob concentrações elevadas atuais e projetadas de dióxido de carbono atmosférico. As plantas editadas exibiram aumento no tamanho da parte aérea e da raiz, área foliar expandida e maior rendimento de sementes, mantendo o conteúdo normal de Rubisco e clorofila.
Essas descobertas abordam um desafio de longa data na biotecnologia vegetal. Embora a Rubisco seja fundamental para a fotossíntese, a sua taxa catalítica relativamente lenta limitou a produtividade das culturas durante décadas. Tentativas anteriores de redesenhar ou substituir a enzima frequentemente perturbavam a sua montagem ou reduziam o crescimento das plantas. Em contraste, este estudo demonstra que pequenas modificações direcionadas ao gene Rubisco existente podem melhorar o seu desempenho, preservando o desenvolvimento normal da planta.
Os pesquisadores também observaram que as plantas modificadas alcançaram maior eficiência intrínseca no uso-da água, à medida que a fotossíntese aumentou sem a necessidade de maior abertura estomática. A microscopia crio{2}}eletrônica revelou que as mutações alteraram a flexibilidade das regiões ao redor do sítio ativo da Rubisco, oferecendo novos insights sobre como mudanças estruturais sutis podem melhorar a função da enzima.
Os autores do estudo observam que as posições de aminoácidos alvo são altamente conservadas em muitas culturas agrícolas, indicando que esta abordagem poderia ser amplamente aplicável alémArabidopsis. À medida que as concentrações atmosféricas de CO₂ continuam a aumentar, as variantes da Rubisco com taxas catalíticas mais rápidas podem permitir que as culturas mantenham a produtividade enquanto utilizam a água de forma mais eficiente em condições de cultivo cada vez mais desafiadoras.
Como o processo de edição do cloroplasto não deixa DNA estranho nas plantas finais após a reprodução, os pesquisadores sugerem que essa tecnologia poderia contornar certas barreiras regulatórias associadas a culturas geneticamente modificadas convencionais em países que reconhecem plantas livres de genes-editadas e-transgênicas sob estruturas emergentes não{2}}OGM.
