วิธีใหม่ในการรับมือกับแสงแดดที่แผดเผาอาจทำให้พืชผลอุดมสมบูรณ์มากขึ้น
การเสริมยีนเพียงสามยีนช่วยให้พืชได้รับแสงมากขึ้น 20รับ100 ทำให้เกิดความหวังใหม่ในการพัฒนาพืชผลที่สามารถตอบสนองความต้องการอาหารจากดาวเคราะห์ที่มีผู้คนพลุกพล่านได้
พืชยาสูบที่ดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งได้รับเลือกให้ทดสอบแนวคิดนี้ ได้จัดการความสำเร็จที่ผิดปกติในการเพิ่มมวลมากขึ้น 14 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายถึงผลผลิตทางการเกษตรที่มากกว่าพืชที่ไม่อ่อนแอ Krishna Niyogi จาก University of California, Berkeley และ Lawrence Berkeley National Laboratory กล่าว ผลที่ได้มาจากการแทรกยีนสามรุ่นที่แตกต่างกันซึ่งควบคุมความเร็วของพืชที่เพิ่มความสามารถในการเก็บเกี่ยวพลังงานอย่างเต็มที่หลังจากเข้าสู่โหมดการป้องกันเพื่อป้องกันตัวเองจากแสงแดดที่จ้าเกินไป นักวิจัยรายงานในวิทยาศาสตร์ 18 พ.ย.
ในบรรดาผลงานที่ตีพิมพ์จนถึงตอนนี้ “เท่าที่ผมทราบ นี่เป็นตัวอย่างแรกที่เพิ่มการเจริญเติบโตของพืชโดยการปรับปรุงการสังเคราะห์ด้วยแสง” จอห์น อีแวนส์ นักสรีรวิทยาพืชจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลียในแคนเบอร์รา ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการใหม่กล่าว
การสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นเคมีสีเขียวขั้นพื้นฐานในการเปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้เป็นอาหาร ไม่ใช่กระบวนการที่มีประสิทธิภาพอย่างสมบูรณ์ ( SN: 2/20/16, p. 12 ) และการแสวงหาการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการจัดการขั้นตอนที่ประสานกันของปฏิกิริยามากกว่า 100 รายการในพืชที่มีชีวิตนั้นซับซ้อน “เราสามารถทำให้สิ่งต่าง ๆ แย่ลงได้ แต่นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถทำให้บางสิ่งดีขึ้นได้” อีแวนส์กล่าว
แนวคิดพื้นฐานสำหรับการทดลองยาสูบนั้นมาจากความซาบซึ้งในแสงและเงาที่เต้นรำบนใบไม้ตลอดทั้งวันในทุ่งนา การระเบิดของแสงแดดอย่างกะทันหันเป็นสิ่งที่อันตราย การบรรทุกเกินพิกัดอาจทำให้เกิดการไหม้เกรียมของสารเคมีในคลอโรพลาสต์ที่จับแสงได้ของพืช ดังนั้น เมื่อการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์หรือลมพัดพาคลอโรพลาสต์ให้ได้รับแสงแดดมากเกินกว่าที่มันจะรับไหว ระบบป้องกันก็เริ่มทำงาน
เอ็นไซม์ในใบทำให้เกิดโมเลกุลสีปาปริก้าที่เรียกว่าซีแซนทีน
ซึ่งช่วยถ่ายพลังงานส่วนเกินออกมาเป็นความร้อน การป้องกันนี้จะเปิดขึ้นภายในไม่กี่นาที แต่จะปิดช้าลงเมื่อวิกฤตสิ้นสุดลง Niyogi กล่าว
การฟื้นฟูการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างเต็มรูปแบบทำได้มากกว่าแค่การเสริมสร้างกลไกการกลับเป็นปกติ เอนไซม์ที่เรียกว่า ZEP จะแยกซีแซนทีนที่ป้องกันออกเมื่อไม่ต้องการใช้แล้ว แต่การสร้างโรงงานให้สร้าง ZEP มากขึ้นทำให้ระบบป้องกันไม่สามารถเปิดได้อย่างเหมาะสมตั้งแต่แรก ซึ่งอาจทำให้โรงงานมีความเสี่ยง ดังนั้นนักวิจัยยังได้ปรับปรุงเอ็นไซม์ที่เรียกว่า VDE ซึ่งสร้างซีแซนทีนที่ป้องกัน ด้วยเอ็นไซม์ทั้งสองที่สมดุล คลอโรพลาสต์ยังคงสามารถกำจัดพลังงานส่วนเกินออกได้เอง แต่กลับมาทำงานได้เต็มประสิทธิภาพเร็วขึ้น
การเสริมโปรตีนตัวที่สาม PsbS ก็ช่วยได้แม้ว่านักวิจัยจะยังไม่เข้าใจรายละเอียดทั้งหมดว่าเป็นอย่างไร พืชยาสูบที่มีโปรตีนทั้งสามเวอร์ชันดัดแปลงนั้นโตขึ้น โดยวัดจากน้ำหนักของวัสดุจากพืชแห้ง มากกว่าพืชชนิดอื่นๆ
Maureen Hanson จาก Cornell University ซึ่งกำลังทำงานในแนวทางที่แตกต่างออกไปเพื่อปรับปรุงการสังเคราะห์ด้วยแสง ตอนนี้ เธอบอกว่า แนวความคิดของหนังสือพิมพ์ฉบับใหม่นี้พร้อมแล้วสำหรับการพยายามถ่ายโอนไปยังพืชที่ผู้คนเก็บเกี่ยวเป็นเมล็ดพืชหรือผลไม้ แฮนสันหวังว่าขนาดจะเพิ่มขึ้นที่นั่นเช่นกัน
การเกลี้ยกล่อมพืชให้สงบลงเร็วขึ้นหลังจากเกิดวิกฤติเป็นเพียงกลยุทธ์เดียวที่จะทำให้การสังเคราะห์แสงมีประสิทธิภาพมากขึ้น อีแวนส์และแฮนสันเป็นหนึ่งในผู้ที่เกี่ยวข้องในความพยายามที่จะปรับปรุงเอนไซม์สังเคราะห์แสงที่ช้าและวอกแวกอย่างฉาวโฉ่ที่เรียกว่า Rubisco ( SN Online: 9/19/14 ) นักวิจัยคนอื่นๆ กำลังพยายามถ่ายโอนระบบสังเคราะห์แสงที่มีประสิทธิภาพตามธรรมชาติที่พบในพืชเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนบางชนิด ที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง C4 ไปเป็นข้าว ซึ่งเป็นหนึ่งในธัญพืชหลักของโลก
กลยุทธ์ที่เก่ากว่าในการบีบอาหารจากฟาร์มให้มากขึ้นนั้นไม่ได้อยู่บนแนวทางเพื่อให้ทันกับประชากรมนุษย์ที่เพิ่มสูงขึ้นและความต้องการอาหาร นิโยกิกล่าว องค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติคาดการณ์ว่าการให้อาหารแก่โลกในปี 2593 อาจต้องเพิ่มการผลิตอาหารอีกร้อยละ 70 แต่ความสำเร็จทั้งหมดนี้ Niyogi กล่าวอาจขึ้นอยู่กับว่าผู้คนทั่วโลกรู้สึกอย่างไรเกี่ยวกับอาหารดัดแปลงพันธุกรรม 20รับ100
