Efficiëntere fotosynthese niet bruikbaar voor Europese land- en tuinbouw

tabak070119

Met een aantal extra genen kun je een weeffoutje in de natuurlijke fotosynthese omzeilen zodat planten tientallen procenten meer biomassa gaan aanmaken. Het zou op termijn het wereldvoedselprobleem kunnen oplossen, juichen Amerikaanse onderzoekers enigszins voorbarig in een spraakmakende Science-publicatie. Maar Europese voedselproducenten kunnen er niet van profiteren, want: GMO.

Arjen Dijkgraaf - C2W

Het verhaal draait om het enzym ribulose-1,5-bisfosfaat carboxylase/oxygenase, afgekort Rubisco, dat bij zogeheten C3-planten CO2 laat reageren met ribulose 1,5-bisfosfaat als eerste stap van de omzetting in suikers. Rubisco is berucht om zijn inefficiëntie: in planten is het verreweg het meest voorkomende eiwit, en toch is het de beperkende factor binnen het fotosyntheseproces en een belangrijke reden dat planten niet groter worden dan ze van nature zijn.

Een van de weeffoutjes in Rubisco is dat het niet erg selectief is. In plaats van CO2 kan het ook O2 invangen en dát met ribulose 1,5-bisfosfaat laten reageren. Omdat de O2-concentratie in de atmosfeer vele malen hoger is, gaat het in de praktijk een op de vier of vijf keer mis. In plaats van twee 3-fosfoglyceraatmoleculen (PGA) levert deze 'fotorespiratie' één PGA en één 2-fosfoglycolaat op. Dat laatste molecuul remt enkele andere processen binnen de fotosynthese. De plant kan het wel weer afbreken, maar daar gaat een substantieel deel aan op van de energie die de fotosynthese oplevert.

GMO

Voor natuurlijke groeiprocessen werkt Rubisco perfect en pogingen om het te verbeteren via genetische modificatie hebben tot nu toe heel weinig succes gehad. In het kader van het Realizing Increased Photosynthetic Efficiency-project (RIPE) besloten Paul South, Donald Ort en collega's van de University of Illinois daarom om Rubisco ongemoeid te laten en in plaats daarvan een verbeterd metabolisme voor de recycling van 2-fosfoglycolaat in te bouwen in de chloroplasten. Als modelorganisme diende de tabaksplant, simpelweg omdat daar relatief gemakkelijk mee valt te werken.

Ze probeerden drie combinaties van genen uit, onder meer afkomstig uit E.coli, de zandraket en de pompoen, en met de beste daarvan knutselden ze verder. Uiteindelijk leverde het tabaksplanten op die 40 % meer biomassa aanmaken dan normaal.

Europa

Of deze photorespiratory shortcut echt de langverwachte doorbraak op landbouwgebied is, moet worden afgewacht. Bij de tabaksplanten leek de extra biomassa met name in de stengels te gaan zitten. Dat is leuk wanneer je brandstoffen wilt kweken, maar bij voedingsgewassen heb je liever dat de winst in de zaden of de vruchten belandt. Of de truc bij andere C3-gewassen überhaupt zo goed werkt, moet eveneens worden afgewacht - al lijkt de kans daarop groot omdat in Rubisco en aanpalende processen heel weinig variatie zit. Ort wijst er alvast op dat alleen al in de Midwest, het belangrijkste landbouwgebied van de VS, de verliezen door fotorespiratie overeenkomen met de voedselinname van 200 miljoen mensen.

Europa zal er in ieder geval niet van kunnen profiteren zolang de EU geen genetisch gemodificeerde gewassen toelaat. Anders dan het veelbesproken CRISPR-Cas, dat knipt en plakt in het DNA van een enkel organisme, gaat het hier om modificatie door het combineren van genen uit verschillende organismen. Het is onwaarschijnlijk dat de EU commercieel gebruik van dit soort modificatie zal toelaten.

 

Lees ook
Deense Ethische Raad wil GGO-wetgeving heroverwegen

Deense Ethische Raad wil GGO-wetgeving heroverwegen

De Deense Ethische Raad heeft een opinie gepubliceerd waarin wordt geadviseerd het debat rondom genetisch gemodificeerde organismen te heropenen. Een opvallend standpunt, want Denemarken was voorheen altijd tegen GGO’s. De Ethische Raad voorziet het Deense parlement van advies over ethische problemen op het gebied van biotechnologie, voedsel...

Gen-soja tegen diarree

Gen-soja tegen diarree

In Gent zijn sojaplanten dusdanig gemodificeerd dat ze antilichamen aanmaken in hun bonen. Het resulterende sojameel verkleint de kans op darminfecties bij biggen, valt te lezen in Nature Biotechnology. Het wordt in de eerste plaats gebracht als alternatief voor excessief antibioticagebruik in de varkenshouderij. Maar met dezelfde techniek...

Zure genen

Zure genen

In Amsterdam zijn de genen ontdekt die citrusvruchten zuur maken. Het zijn eigenlijk dezelfde genen die petunia’s blauw maken, stellen Ronald Koes, Francesca Quattrocchio en collega’s van het Swammerdam Institute for Life Sciences in Nature Communications. Bij zulke vruchten zit het sap in blaasjes, die eigenlijk...