Bagaimana Alga yang Tumbuh Cepat Dapat Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman Pangan – Bertambah Dengan Itu?
transport

Bagaimana Alga yang Tumbuh Cepat Dapat Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman Pangan – Bertambah Dengan Itu?

Model komputer dari mekanisme konsentrasi karbon tanaman dapat membuka pendekatan baru untuk meningkatkan hasil panen

Publikasi Tinjauan Sejawat

UNIVERSITAS PRINCETON

ladang gandum
GAMBAR: PENELITIAN BARU MENGIDENTIFIKASI CARA MENINGKATKAN HASIL TANAMAN DENGAN MENGGUNAKAN STRATEGI DARI SPESIES ALGAL YANG BERTUMBUH CEPAT MENJADI TANAMAN SEPERTI GANDUM DAN PADI. lihat lebih banyak KREDIT: PIXABAY

Sebuah studi baru memberikan kerangka kerja untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan memasukkan strategi yang diadopsi dari spesies ganggang hijau yang tumbuh cepat. Alga, yang dikenal sebagai Chlamydomonas reinhardtii, mengandung organel yang disebut pirenoid yang mempercepat konversi karbon, yang diserap ganggang dari udara, menjadi bentuk yang dapat digunakan organisme untuk pertumbuhan. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 19 Mei 2022 di jurnal Tumbuhan Alampeneliti di Universitas Princeton dan Universitas Northwestern menggunakan pemodelan molekul untuk mengidentifikasi fitur pirenoid yang paling penting untuk meningkatkan fiksasi karbon, dan kemudian memetakan bagaimana fungsi ini dapat direkayasa menjadi tanaman tanaman.

Ini bukan hanya latihan akademis. Bagi banyak orang saat ini, sebagian besar kalori makanan berasal dari tanaman yang dibudidayakan ribuan tahun yang lalu. Sejak itu, kemajuan dalam irigasi, pemupukan, pemuliaan, dan industrialisasi pertanian telah membantu memberi makan populasi manusia yang sedang berkembang. Namun, sekarang hanya keuntungan tambahan yang dapat diekstraksi dari teknologi ini. Sementara itu, kerawanan pangan, yang sudah berada pada tingkat krisis bagi sebagian besar penduduk dunia, diperkirakan akan memburuk akibat perubahan iklim.

Teknologi baru dapat membalikkan tren ini. Banyak ilmuwan percaya bahwa pirenoid alga menawarkan inovasi seperti itu. Jika para ilmuwan dapat merekayasa kemampuan seperti pirenoid untuk mengonsentrasikan karbon ke dalam tanaman seperti gandum dan beras, sumber makanan penting ini dapat mengalami dorongan besar untuk tingkat pertumbuhannya.

“Pekerjaan ini memberikan panduan yang jelas untuk merekayasa mekanisme konsentrasi karbon ke dalam tanaman, termasuk tanaman utama,” kata Martin Jonikas, penulis senior studi yang merupakan profesor biologi molekuler di Princeton dan penyelidik di Howard Hughes Medical Institute. .

Chlamydomonas reinhardtii mencapai fiksasi karbon karena aksi enzim Rubisco, yang mengkatalisis konversi CO2 menjadi karbon organik.

Tanaman terestrial juga menggunakan Rubisco untuk menyelesaikan fiksasi karbon, tetapi di sebagian besar tanaman, Rubisco hanya bekerja pada sekitar sepertiga dari kapasitas teoritisnya karena tidak dapat mengakses CO yang cukup.2 untuk beroperasi lebih cepat. Oleh karena itu, banyak upaya telah dilakukan untuk mempelajari mekanisme pemekatan karbon, terutama yang ditemukan di cyanobacteria dan di Chlamydomonas, dengan harapan pada akhirnya menyediakan fungsi ini untuk tanaman tanaman darat. Tapi ada masalah:

“Meskipun struktur pirenoid dan banyak komponennya diketahui, pertanyaan kunci biofisik tentang mekanismenya tetap tidak terjawab, karena kurangnya analisis kuantitatif dan sistematis,” kata rekan penulis senior Ned Wingreen, Howard A. Prior Professor dari Princeton. Life Sciences dan profesor biologi molekuler dan Lewis-Sigler Institute of Integrative Genomics.

Untuk mendapatkan wawasan tentang bagaimana mekanisme pemekatan karbon pirenoid alga bekerja, mahasiswa pascasarjana Princeton Chenyi Fei berkolaborasi dengan sarjana Alexandra Wilson, Kelas 2020, untuk mengembangkan model komputasi pirenoid dengan bantuan rekan penulis Niall Mangan, asisten profesor ilmu teknik dan matematika terapan di Universitas Northwestern.

Pekerjaan sebelumnya telah menunjukkan bahwa Chlamydomonas reinhardtii pyrenoid terdiri dari matriks Rubisco bulat yang dilalui oleh pembuluh darah proyeksi tertutup membran yang disebut tubulus pyrenoid, dan dikelilingi oleh selubung yang terbuat dari pati. Diperkirakan bahwa CO2 diambil dari lingkungan diubah menjadi bikarbonat dan kemudian diangkut ke dalam tubulus, di mana ia kemudian memasuki pirenoid. Enzim yang ada di tubulus mengubah bikarbonat kembali menjadi CO2, yang kemudian berdifusi ke dalam matriks Rubisco. Tapi apakah gambar ini lengkap?

“Model kami menunjukkan bahwa gambaran konvensional dari mekanisme pemekatan karbon pirenoid ini tidak dapat bekerja karena CO2 akan dengan cepat bocor kembali dari pirenoid sebelum Rubisco dapat menindaklanjutinya, ”kata Wingreen. Sebaliknya, cangkang pati di sekitar pirenoid harus bertindak sebagai penghalang difusi untuk menjebak CO .2 di pyrenoid dengan Rubisco.”

Selain mengidentifikasi penghalang difusi ini, model para peneliti menunjukkan protein lain dan fitur struktural yang diperlukan untuk CO2 konsentrasi. Model tersebut juga mengidentifikasi komponen yang tidak diperlukan, yang seharusnya membuat fungsionalitas rekayasa pyrenoid menjadi tanaman menjadi tugas yang lebih sederhana. Model pirenoid yang disederhanakan ini, menurut para peneliti, berperilaku mirip dengan organel yang sebenarnya.

“Model baru yang dikembangkan oleh Fei, Wilson, dan rekan-rekannya adalah pengubah permainan,” kata Alistair McCormick, seorang ahli Fisiologi Molekuler Tumbuhan dan Biologi Sintetis di Universitas Edinburgh, yang telah bekerja dengan para ilmuwan Princeton tetapi tidak terlibat dalam hal ini. belajar.

“Salah satu temuan utama dari makalah ini, yang membedakan Chlamydomonas mekanisme pemekatan karbon dari yang ditemukan di cyanobacteria, adalah bahwa memperkenalkan transporter bikarbonat aktif mungkin tidak diperlukan, ”kata McCormick. “Ini penting karena transpor bikarbonat aktif telah menjadi tantangan utama yang menghambat kemajuan dalam rekayasa mekanisme pemekatan karbon biofisik.”

Studi, “Pemodelan CO berbasis pirenoid”2-mekanisme pemusatan memberikan wawasan tentang prinsip-prinsip operasinya dan peta jalan untuk rekayasanya menjadi tanaman,” oleh Chenyi Fei, Alexandra T. Wilson, Niall M. Mangan, Ned S. Wingreen, dan Martin C. Jonikas, diterbitkan dalam Tumbuhan Alam.

Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh National Institutes of Health, National Science Foundation, Simons Foundation, dan Howard Hughes Medical Institute.


JURNAL

Tumbuhan Alam

DOI

10.1038/s41477-022-01153-7

METODE PENELITIAN

Simulasi/pemodelan komputasi

JUDUL ARTIKEL

Pemodelan mekanisme pemekatan CO2 berbasis pirenoid memberikan wawasan tentang prinsip-prinsip operasinya dan peta jalan untuk rekayasanya menjadi tanaman

TANGGAL PUBLIKASI ARTIKEL

19-Mei-2022

PERNYATAAN COI

Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan bersaing.

Dari EurekAlert!

Tentunya seluruh no keluar hk 2021 diambil langsung berasal dari web resmi mereka yaitu Hongkongpools.com dan sekedar Info tambahan untuk para pemain pemula, bahwa pasaran Hongkong ada tiap-tiap hari dan jadwal tutup pasarannya di jam 23 : 00 WIB maka dari itu sering – seringlah datang di web kita supaya tidak ketinggalan Info seputar toto Hongkong. Untuk para pemain togel yang udah berpengalaman sudah pasti memerlukan knowledge result Hongkong wla lengkap, maka dari itu silahkan klik halaman Data Keluaran HK Terlengkap Hari Ini yang di mana di halaman ini anda sanggup menyaksikan banyak sekali knowledge – data no togel hongkong dari tahun – tahun yang lalu.