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

A fotorrespiración (reciclaxe da produción osixenada de Rubisco, 2-fosfoglicolato (2PG), de volta ao ciclo de Calvin) é un proceso inevitable nas plantas modernas, que disipa enerxía e libera CO2. A fotorrespiración reduce a eficiencia da asimilación do CO2 e, polo tanto, o rendemento da 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 de fotorrespiración alternativas ata a data está limitada a vías que liberan CO2, o que deixa espazo para melloras considerables adicionais. Outra oportunidade para reducir as ineficiencias da fotorrespiración é minimizala mediante a enxeñaría do metabolismo do C4, que serve como unha bomba de carbono que aumenta as concentracións de CO2 preto de Rubisco.

GAIN4CROPS ten como obxectivo aumentar a produtividade das plantas mediante o uso de novas estratexias para minimizar as ineficiencias da fotorrespiración. GAIN4CROPS seguirá unha estratexia paso a paso, comezando co deseño de bombas de carbono naturais e culminando coa introdución de vías metabólicas sintéticas altamente eficientes que poden aumentar drasticamente o secuestro de carbono.

Primeiro, deseñaremos un cultivo C3 para operar a bomba natural de carbono C3-C4, aumentando a fixación do carbono e requirindo modificacións anatómicas menos complexas que o metabolismo C4, usando só a edición do xenoma e cruzamentos amplos. Este paso serve como unha estratexia conceptualmente nova 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 innovadoras vías de derivación da fotorrespiración que, en lugar de liberar CO2, fixan carbono inorgánico, contribuíndo así directamente á fixación do carbono. GAIN4CROPS servirá como unha folla de ruta de investigación e innovación para lograr un rendemento fotosintético similarmente superior nunha ampla gama de cultivos C3.