Onderzoekers van het departement Plantenwetenschappen, Universiteit van Oxford, hebben een nieuwe biochemische route in planten ontdekt die ze CHLORAD hebben genoemd.

Door de CHLORAD-route te manipuleren, wetenschappers kunnen wijzigen hoe planten reageren op hun omgeving. Bijvoorbeeld, het vermogen van de plant om stress zoals een hoog zoutgehalte te verdragen, kan worden verbeterd.

De onderzoekers hopen dat hun resultaten, gepubliceerd in Wetenschap , zal de weg openen naar nieuwe strategieën voor gewasverbetering, die van vitaal belang zullen zijn nu we geconfronteerd worden met het vooruitzicht om voedselzekerheid te bieden voor een bevolking die naar verwachting tegen 2050 bijna 10 miljard zal bereiken.

De CHLORAD-route helpt bij het reguleren van structuren in plantencellen die chloroplasten worden genoemd. Chloroplasten zijn de organellen die planten definiëren. Samen met vele andere metabole, ontwikkelings- en signaleringsfuncties, chloroplasten zijn verantwoordelijk voor fotosynthese - het proces waarbij zonlichtenergie wordt gebruikt om de cellulaire activiteiten van het leven aan te drijven.

Bijgevolg, chloroplasten zijn essentieel, niet alleen voor planten, maar ook voor de talloze ecosystemen die afhankelijk zijn van planten, en voor de landbouw.

Chloroplasten zijn samengesteld uit duizenden verschillende eiwitten, waarvan de meeste elders in de cel worden gemaakt en door het organel worden geïmporteerd. Deze eiwitten moeten allemaal zeer zorgvuldig worden gereguleerd om ervoor te zorgen dat het organel goed blijft functioneren. De CHLORAD-route werkt door onnodige of beschadigde chloroplast-eiwitten te verwijderen en weg te gooien; vandaar de naam CHLORAD, wat staat voor "chloroplast-geassocieerde eiwitafbraak".

Professor Paul Jarvis, hoofd onderzoeker, zei:'Twee decennia na de identificatie van de chloroplast-eiwitimportmachine - die nieuwe eiwitten aan chloroplasten levert - onthult onze ontdekking van de CHLORAD-route voor de eerste keer hoe individuele, ongewenste eiwitten worden uit bladgroen verwijderd.'

Onderzoeker, Dr. Qihua Ling, zei:'Onze eerdere studies toonden aan dat eiwitten in de chloroplastmembranen worden verteerd door een eiwitafbraaksysteem buiten de chloroplasten. Dus, de hamvraag was:hoe worden chloroplast-eiwitten uit het membraan gehaald om dit mogelijk te maken? Onze ontdekking van het CHLORAD-systeem beantwoordt deze vraag, en we hebben twee nieuwe eiwitten geïdentificeerd die een rol spelen in het proces.'

Mede-onderzoeker, Dr. William Broad, toegevoegd:'Chloroplasten zijn eukaryote organellen die meer dan een miljard jaar geleden zijn ontstaan ​​uit fotosynthetische bacteriën, door een proces dat endosymbiose wordt genoemd. Opmerkelijk, het CHLORAD-systeem bevat een mix van componenten van eukaryote oorsprong en bacteriële oorsprong. Dit geeft een fascinerend voorbeeld van hoe eukaryote gastheercellen geleidelijk zijn geëvolueerd, het op nieuwe manieren coöpteren van beschikbare tools, om hun endosymbiotische organellen te besturen.'

Peter Burlinson, Frontier Bioscience Lead bij de Biotechnology and Biological Sciences Research Council, zei:'De ontdekking van deze biochemische route is een goed voorbeeld van hoe inzichten uit fundamenteel plantbiologisch onderzoek potentiële nieuwe strategieën kunnen onthullen om gewassen te ontwikkelen die productiever en veerkrachtiger zijn. Dit illustreert de waarde van fundamentele wetenschap bij het aangaan van de belangrijkste mondiale uitdagingen, waaronder een stijgende wereldbevolking, milieustress en een toegenomen vraag om voedselzekerheid te bieden.'

Tegen het jaar 2050, het huidige niveau van voedselproductie moet met ten minste 70% stijgen om te voldoen aan de eisen van een groeiende wereldbevolking en om de voedingsvoorkeuren te verschuiven naar meer dierlijke producten, terwijl 38% van 's werelds land en 70% van zoet water al voor landbouw worden gebruikt. Abiotische spanningen, inclusief droogte, hoge en lage temperaturen, zoutgehalte van de bodem, tekorten aan voedingsstoffen, en giftige metalen, zijn de belangrijkste oorzaak van opbrengstverlies, het verminderen van de gewasproductiviteit met 50-80%, afhankelijk van het gewas en de geografische locatie.

Dus, het ontwikkelen van stressbestendige gewassen die onder stressomstandigheden stabiele opbrengsten kunnen hebben, is een belangrijke strategie om de toekomstige voedselzekerheid te waarborgen. Deze behoefte is bijzonder dringend gezien de toegenomen frequentie van extreme weersomstandigheden die gepaard gaan met wereldwijde klimaatverandering, die ernstigere omgevingsstress veroorzaken, vaker uitbraken van plantenziekten, en verminderde opbrengst en oogstkwaliteit.

Oxford University Innovatie (OUI), de onderzoeks-commercialiseringstak van de universiteit, beheert de technologie.