Verbeterde fotosynthese leidt tot (veel) hogere opbrengsten

 

• Onderzoekers construeren een nieuwe route voor fotorespiratie in gewassen;
• Dankzij genetische modificatie wordt fotosynthese bijna 20 procent efficiënter;
• In veldproeven stijgt de opbrengst met 40 procent;
• De technologie komt royalty free beschikbaar voor kleine boeren in arme regios.

 

Paul South en zijn collegas van de Universiteit van Illinois en het Amerikaanse ministerie van landbouw (USDA) houden zich al een paar jaar bezig met het corrigeren van een slordigheidje in de evolutie. Het onderzoek is mede gefinancierd door RIPE, een afkorting die staat voor Realizing Increased Photosynthetic Efficiency.

 

RIPE is een internationaal onderzoeksproject dat wordt gefinancierd door onder meer de Bill & Melinda Gates Foundation en het Britse ministerie van ontwikkelingssamenwerking. Een van de uitgangspunten van het project is dat kleine boeren in Afrika en Zuid-Oost Azië geen royalties hoeven te betalen over zaaizaad en pootgoed dat dankzij RIPE is verbeterd.

 

Evolutionair slordigheidje

Het evolutionaire slordigheidje betreft het enzym RuBisCO. Dat legt niet alleen CO2 vast voor verdere verwerking tot biomassa, maar doet 20 tot 25 procent van de tijd hetzelfde met zuurstof. Daarbij wordt glycolzuur gevormd, een stof die de fotosynthese juist afremt.

 

In de evolutie hebben planten daar wel iets op gevonden door glycolzuur via een ingewikkelde route om te zetten in een nuttige bouwsteen. Die route, fotorespiratie genoemd, vermindert de efficiëntie van de fotosynthese echter met 20 tot 50 procent.

 

Volgens een van de onderzoekers zou je 200 miljoen mensen kunnen voeden met de calorieen die alleen al in het Midden-Westen, de graanschuur van de Verenigde Staten, verloren gaan door fotorespiratie.

 

Even tussendoor: In de evolutie is het probleem van fotorespiratie deels opgelost in C4-planten. Die leggen CO2 eerst vast in een verbinding met vier koolstofatomen (oxaalacetaat) alvorens te worden verwerkt tot suikers. Daardoor vergist RuBisCO zich veel minder dan bij C3-planten. Bekende C4-gewassen zijn onder meer maïs en suikerriet.

 

Glycolzuur onschadelijk maken

South en zijn collegas richtten zich niet op het efficiënter aanbieden van CO2, maar ontwierpen drie alternatieve routes (pathways) om glycolzuur onschadelijk te maken. Ze publiceerden hun resultaten in het jongste nummer van het wetenschappelijke tijdschrift Science.

 

In alle gevallen werden genen ingebouwd die enzymen produceren om glycolzuur onschadelijk te maken. Voor de experimenten werd gebruik gemaakt van tabaksplanten omdat die zich gemakkelijk laten modificeren, een korte levenscyclus hebben en veel zaad produceren

 

Bij de eerste route  ging het om genen van de bacterie E.coli. De tweede route maakte gebruik van genen van planten en voor de derde route werden genen van planten en algen ingebouwd. Daarnaast werd de gebruikelijke - inefficiënte - route geblokkeerd.

 

Hogere opbrengsten

In de kas bleek dat met name de derde route het beste resultaat bood, een 25 procent hogere opbrengst. In de daarop volgende veldproeven bleken de opbrengsten ruim 40 procent hoger uit te vallen, terwijl de efficiëntie van de fotosynthese met 17 procent was toegenomen.

 

Volgens de onderzoekers biedt dat perspectieven voor de landbouw. Momenteel werken ze aan het inbouwen van de genetische constructies in onder meer soja, rijst, aardappel en tomaat in de verwachting dat ook voor die gewassen hogere opbrengsten gerealiseerd kunnen worden.

 

Voordat die op de markt worden toegelaten, zijn we wel een jaar of tien verder, denkt South. Als ze al worden toegelaten, want vooral Europa is de introductie van genetisch gemodificeerde gewassen nagenoeg onmogelijk door complexe regelgeving en verzet van de milieubeweging.

 

Een mening over dit artikel? Reageer op onze Twitter, Facebook, Instagram en LinkedIn. Een opinieartikel is ook van harte welkom. Mail dan even met de redactie (redactie@agrio.org). Geïnteresseerd in de andere artikelen van VORK? Word abonnee of vraag een gratis proefnummer aan.

Tekst: Joost van Kasteren Beeld: Claire Benjamin RIPE-project