Le piante si sono evolute nel corso di milioni di anni in un ambiente che è cambiato radicalmente negli ultimi 150 anni dall'inizio della rivoluzione industriale:i livelli di anidride carbonica sono aumentati del 50 percento, e la temperatura globale media è aumentata di quasi 2 gradi Fahrenheit. Mentre l'adattamento naturale non è stato in grado di tenere il passo, gli scienziati hanno sviluppato strumenti per simulare milioni di anni di evoluzione in pochi giorni per aiutare le piante ad adattarsi.

Pubblicato da Journal of Biological Chemistry , ricercatori segnalano una nuova strategia di screening che ha permesso loro di identificare, per la prima volta, una forma molto più efficiente dell'enzima Rubisco, che catalizza il primo passo per fissare l'anidride carbonica lungo il percorso verso la creazione di biomassa vegetale nella fotosintesi.

"Sebbene l'enzima più abbondante e probabilmente il più importante della nostra pianta, Rubisco potrebbe non essere stato il momento migliore dell'evoluzione. Rubisco si è evoluto quando l'ossigeno era assente dall'atmosfera, e come risultato, non è stato costretto a imparare a distinguere tra molecole di anidride carbonica che sostengono la vita e molecole di ossigeno che creano un composto tossico il cui riciclaggio costa energia alla pianta, " disse Don Ort, Vicedirettore per la realizzazione di una maggiore efficienza fotosintetica (RIPE), che ha sostenuto questo lavoro. Ort è un fisiologo con l'USDA/ARS Photosintesi Research Unit e il professore Robert Emerson di biologia vegetale e scienze delle colture presso il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology presso l'Università dell'Illinois.

"Abbiamo dimostrato di poter migliorare l'efficienza di Rubisco, la sua capacità di differenziare l'anidride carbonica dall'ossigeno:questo è il vero ronzio, " ha detto l'autore principale Spencer Whitney, professore associato presso l'Australian National University. "Il nostro Rubisco è più veloce e ha una maggiore affinità per l'anidride carbonica. In passato, questa determinazione ha richiesto circa due settimane, ma il nostro nuovo sistema di screening ha ridotto questo tempo più della metà".

Usando l'evoluzione diretta, spesso descritto come evoluzione in provetta, il team ha testato 250, 000 Rubiscos mutanti da cianobatteri in E. coli batteri progettati in modo che la loro sopravvivenza dipenda dall'efficienza dell'enzima. "Trovare risposte su come migliorare Rubisco è come cercare un ago in un pagliaio, " Whitney ha detto. "La bellezza di questo sistema è che ci permette di sbarazzarci di tutti quei pezzi di fieno".

Diciotto mutanti di Rubisco sono sopravvissuti allo schermo, undici dei quali si sono rivelati molto più efficienti nel fissare l'anidride carbonica. Hanno scoperto che queste mutazioni sono localizzate in uno specifico, regione precedentemente inesplorata di Rubisco cianobatterico. Ora sperano di apportare modifiche simili per migliorare il Rubisco nelle colture e aumentare la loro crescita e resa.