Proxecto H2020 GAIN4CROPS: reconfiguración da fotorespiración mediante vías naturais e sintéticas para aumentar de forma sostible o rendemento dos cultivos

A fotorespiración (reciclar a produción osixenada de Rubisco, 2-fosfoglicolato (2PG), de volta ao ciclo de Calvin) é un proceso ineludible nas plantas modernas, que disipa enerxía e libera CO2. A fotorespiración reduce a eficiencia de asimilación de CO2 e, polo tanto, o rendemento de biomasa, nun ~30% e representa un obxectivo importante para mellorar a produtividade agrícola, como se demostra en varios estudos recentes. Non obstante, a enxeñaría de vías alternativas de fotorrespiración ata a data está limitada ás vías que liberan CO2, deixando espazo para melloras considerables. Outra oportunidade para reducir as ineficiencias da fotorrespiración é minimizala mediante a enxeñaría do metabolismo do C4, que serve como bomba de carbono que aumenta as concentracións de CO2 preto de Rubisco.

GAIN4CROPS ten como obxectivo aumentar a produtividade das plantas utilizando novas estratexias para minimizar as ineficiencias da fotorespiración. GAIN4CROPS seguirá un enfoque paso a paso, comezando polo deseño de bombas de carbono naturais e culminando coa introdución de vías metabólicas sintéticas altamente eficientes que poden aumentar drasticamente o secuestro de carbono.

En primeiro lugar, deseñaremos un cultivo C3 para operar a bomba de carbono natural C3-C4, aumentando a fixación do carbono e requirindo modificacións anatómicas menos complexas que o metabolismo C4, utilizando só a edición do xenoma e cruzamentos amplos. Este paso serve como un enfoque conceptualmente novo e "natural" para a enxeñaría do metabolismo C4.

En segundo lugar, GAIN4CROPS desenvolverá variantes sintéticas de bombas de carbono C3-C4 máis eficientes que dependen do transporte intercelular eficiente de aspartato ou malato á vez que conservan os recursos celulares.

Finalmente, baseándose no metabolismo C3-C4, GAIN4CROPS explorará dúas vías innovadoras de derivación da fotorrespiración que, en lugar de liberar CO2, fixan o carbono inorgánico, contribuíndo así directamente á fixación do carbono. GAIN4CROPS servirá como unha folla de ruta de investigación e innovación para conseguir un rendemento fotosintético igualmente superior nunha ampla gama de cultivos C3.