Wetenschappers in de Verenigde Staten hebben het proces van fotosynthese in de tabaksplant 40 % efficiënter gemaakt met genetische modificatie. Op termijn belooft dit gewassen met een fors grotere opbrengst. Daarmee kan dit een belangrijke stap zijn op weg naar het voeden van een groeiende wereldbevolking.

Onder leiding van wetenschappers van de University of Illinois pasten de onderzoekers het DNA van tabaksplanten aan. De plantjes bleken op de koude grond – een stukje testakker – na verloop van tijd tot 40 % meer bladoppervlak te ontwikkelen. Ook de massa in de stengels nam sterk toe. Ook toen de onderzoekers hun experimenten herhaalden, bleven deze resultaten overeind. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Science.

Tabaksplanten zijn geliefd omdat het bewerken van het DNA relatief goed te doen is, en omdat ze grote bladeren ontwikkelen, waardoor het makkelijk is om toe- of afnames in de biomassa te bepalen.
 

Fotosynthese aanpakken

De onderzoekers boekten hun succes door het proces van fotosynthese aan te pakken, dat in de bladgroenkorrels plaatsvindt. Opvallend genoeg is dat proces – waarmee planten CO2 uit de lucht samen met water omzetten in suikers – niet zo efficiënt. In dit omzettingsproces treden forse verliezen op, doordat een plant in 20 % van de gevallen geen CO2-molecuul uit de lucht grijpt, maar een zuurstofmolecuul, O2.

Dit levert een andere chemische reactie op, waarbij glycolaten worden gevormd. Deze stoffen zijn giftig voor de plant en moeten er dus uit. Daarvoor heeft de evolutie weer een proces ontworpen, dat fotorespiratie heet. Prachtig, maar dit zorgt er wel voor dat de plant daar een deel van zijn energie in stopt, in plaats van in de groei van de suiker- of zetmeelvoorraad van de plant (die je vaak kunt eten).
 

Panamakanaal

Wat het onderzoeksteam nu heeft gedaan, is een wijziging in het DNA van de tabaksplant aanbrengen die ervoor zorgt dat het proces van fotorespiratie – het afvoeren van de ongewenste gifstof – efficiënter verloopt. Dat is ingewikkeld, maar als metafoor gebruiken de onderzoekers zelf het Panamakanaal. ‘Waar dat stukje civiele techniek de wereldhandel efficiënter maakte, zorgt onze genetische aanpassing voor een efficiëntere fotosynthese’, aldus hoogleraar Stephen Long van de University of Illinois in een persbericht. Wat dus aantoonbaar is met de grotere bladeren en dikkere stam van de tabaksplant.
 

6 weken oude tabaksplanten in een kas van de University of Illinois. Hier wordt het effect van verschillende genetische aanpassingen aan de tabakspant met elkaar vergeleken. Foto Paul South et al., Science, 2018.


 

Overstap naar eetbare gewassen

Deze onderzoeksresultaten zijn weliswaar hoopgevend, maar nog jaren verwijderd van toepassing op de akkers van boeren. Eerst moeten de wetenschappers nog de overstap maken naar eetbare gewassen zoals soja, rijst of aardappelen; die plannen liggen er. En ook zijn er allerlei strenge regels voor genbewerkt voedsel waaraan de nieuwe gewassen moeten voldoen (en die per land verschillen).

Toch kan het team het niet laten om alvast mooie sommetjes te maken. ‘Met alle verliezen door fotorespiratie alleen al in de Midwest (het grootste landbouwgebied van de Verenigde Staten, red.) zouden we elk jaar 200 miljoen mensen kunnen voeden’, aldus hoofdonderzoeker Donald Ort van de University of Illinois in hetzelfde persbericht. ‘Als we maar een deel van deze calorieën zouden kunnen terugwinnen, helpen we al behoorlijk met het voldoen aan de sterk groeiende voedselbehoefte van de wereld in de 21ste eeuw.’