Screenshot YouTube
Wat zorgt ervoor dat een bepaalde alg wordt gekroond tot "de snelst groeiende plantencel ter wereld?" Een nieuwe studie waarbij een onderzoeker van de Universiteit van Tel Aviv betrokken was, was bedoeld om de fotosynthetische eigenschappen van de alg Chlorella ohadii te volgen, een soort groene algen die wordt beschouwd als de snelst groeiende plantencel.
De bevindingen van het onderzoek geven aan dat de belangrijkste factoren achter de snelle fotosynthesesnelheid van de plant gelegen zijn in de efficiënte stofwisselingsprocessen. De onderzoekers ontdekten dat deze alg een uniek vermogen heeft om een chemische reactie uit te lokken waarbij het in staat is om efficiënt en snel een van de componenten te recyclen die worden gebruikt door een enzym genaamd RuBisCO, op een manier die de fotosynthetische processen aanzienlijk versnelt.
De studie werd geleid door onderzoekers van het Max-Planck Instituut voor Moleculaire Plantenfysiologie in Duitsland. Aan het onderzoek nam Dr. Haim Treves deel, een lid van de School of Plant Sciences and Food Security aan de Universiteit van Tel Aviv, samen met collega's van de Max Planck Instituut voor Moleculaire Plantenfysiologie in Duitsland. De studie is gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Plants.
In het kader van het onderzoek wilden de onderzoekers onderzoeken of het mogelijk is om de efficiëntie van fotosynthese in planten te verbeteren, een energetisch proces dat al zo'n 3,5 miljard jaar in de natuur plaatsvindt. Om deze vraag te beantwoorden, besloten de onderzoekers zich te concentreren op groene algen, met name de variëteit Chlorella ohadii. Deze alg staat bekend om zijn vermogen om te overleven in extreme omstandigheden van hitte en kou, wat hem dwingt veerkracht te tonen en zeer snel te groeien.
De onderzoekers waren van mening dat een beter begrip van Chlorella ohadii (genoemd naar wijlen botanicus prof. Itzhak Ohad) het mogelijk zou maken om de efficiëntie van fotosynthese ook in andere planten te verbeteren, en op zijn beurt om nieuwe technische hulpmiddelen te ontwikkelen die een oplossing zouden kunnen bieden voor duurzaam voedsel.
Tijdens het fotosyntheseproces zetten planten en algen water, licht en koolstofdioxide om in de suiker en zuurstof die essentieel zijn voor hun functioneren. De onderzoekers gebruikten innovatieve microfluïdische methoden op basis van complexe fysische, chemische en biotechnologische principes om de algen op een afgemeten en gecontroleerde manier van koolstofdioxide te voorzien en de fotosynthese 'online' te volgen.
Schema van de workflow die in dit onderzoek is gebruikt
Door een vergelijkende analyse te gebruiken, ontdekten de onderzoekers dat er een fundamenteel verschil was in de fotosynthetische processen die worden uitgevoerd in groene algen in vergelijking met de modelplanten. Ze beoordelen dat het verschil ligt in variaties in de metabole netwerken, waarvan een dieper begrip zal helpen bij het ontwikkelen van innovatieve technische oplossingen op het gebied van plantmetabolisme, evenals de optimale engineering van toekomstige landbouwproducten.
"Eerder empirische studies hebben aangetoond dat de fotosynthese-efficiëntie hoger is in microalgen dan in C3- of C4-gewassen, beide soorten planten met transportsystemen maar die totaal verschillend zijn in termen van hun anatomie en de manier waarop ze fotosynthese uitvoeren," Dr. Treves verklaart. "Het probleem is dat de wetenschappelijke gemeenschap nog niet weet hoe ze deze verschillen nauwkeurig genoeg moeten verklaren."
Dr. Treves voegt toe: "In onze huidige studie hebben we de patronen van energieproductie en fotosynthetisch metabolisme in groene algen in kaart gebracht en deze vergeleken met bestaande en nieuwe gegevens verzameld van modelplanten. We waren in staat om duidelijk de factoren te identificeren die het verschil in deze patronen beïnvloeden. Ons onderzoek bevestigt eerdere beoordelingen dat de metabole route die verantwoordelijk is voor recycling een van de belangrijkste knelpunten is in de fotosynthese in planten. De volgende stap is het exporteren van de genen die betrokken zijn bij deze route en in andere routes waarin we hebben gedetecteerd verschillen met algen, en om te testen of hun invoeging in andere planten via metabolische engineering hun groeisnelheid of fotosynthetische efficiëntie zal verhogen.
“De toolbox die we hebben samengesteld, stelt ons in staat om de conclusies van het onderzoek te benutten om toekomstige ontwikkelingen in engineering op het gebied van op algen gebaseerd duurzaam voedsel als genetisch reservoir voor plantverbetering te versnellen; het monitoren van fotosynthese is een kwantitatief proces met hoge resolutie, en algen bieden een oneindige bron van mogelijkheden om de fotosynthese-efficiëntie te verbeteren.”
