Научници су развили технику за уређивање генома хлоропласта која значајно побољшава фотосинтезу и раст биљака увођењем прецизних промена у ензим Рубисцо, који је кључни, али релативно неефикасан протеин укључен у фиксацију угљеника у биљци. Истраживање, објављено уНатуре Цоммуницатионс, показао да су циљане измене повећале фотосинтетичке перформансе, производњу биомасе и ефикасност коришћења воде{0}}у моделском постројењуАрабидопсис тхалиана. Ови налази истичупотенцијални пут за развој продуктивнијих усева у будућим климатским условима.
Користећи технологију за уређивање базе хлоропласта{0}}, истраживачи су увели супституције једне аминокиселине у Рубисцо велику подјединицу без уградње стране ДНК у геном биљке. Две специфичне мутације, М309И и Д397Н, побољшале су каталитичку активност ензима, омогућавајући биљкама да асимилују више угљеника под тренутним и пројектованим повишеним концентрацијама угљен-диоксида у атмосфери. Уређене биљке су показале повећану величину изданака и корена, проширену површину листова и већи принос семена уз одржавање нормалног садржаја рубиска и хлорофила.
Ови налази се баве дугогодишњим изазовом у биљној биотехнологији. Иако је Рубисцо кључан за фотосинтезу, његова релативно спора каталитичка брзина деценијама је ограничавала продуктивност усева. Претходни покушаји редизајнирања или замене ензима често су пореметили његово склапање или смањили раст биљака. Насупрот томе, ова студија показује да мале, циљане модификације постојећег Рубисцо гена могу побољшати његове перформансе уз очување нормалног развоја биљке.
Истраживачи су такође приметили да су модификоване биљке постигле већу интринзичну ефикасност{0}}коришћења воде, пошто се фотосинтеза повећала без већег отварања стомата. Крио{2}}електронска микроскопија је открила да су мутације промениле флексибилност региона око Рубисцо-овог активног места, нудећи нове увиде у то како суптилне структурне промене могу да побољшају функцију ензима.
Аутори студије примећују да су циљане позиције аминокиселина високо очуване у многим пољопривредним културама, што указује да би овај приступ могао бити широко применљив и даље одАрабидопсис. Како концентрације ЦО₂ у атмосфери настављају да расту, Рубисцо варијанте са бржим каталитичким брзинама могу омогућити усевима да одрже продуктивност док ефикасније користе воду под све изазовнијим условима узгоја.
Пошто процес уређивања хлоропласта не оставља страну ДНК у коначним биљкама након оплемењивања, истраживачи сугеришу да би ова технологија могла да заобиђе одређене регулаторне баријере повезане са конвенционалним генетски модификованим усевима у земљама које препознају биљке -уређене, трансгене-без гена у настајању без-ГМО оквира.
