Descripción del proyecto
Mejorar la fijación del carbono impulsará la producción de moléculas orgánicas y el rendimiento de las cosechas
Mejorar la productividad de las cosechas es un objetivo cada vez más importante para cumplir con las necesidades alimentarias y de combustible de una creciente población mundial que afronta la incertidumbre del cambio climático. La fotosíntesis es uno de los principales determinantes del rendimiento de las cosechas. Durante este proceso, las plantas fijan (asimilan) el dióxido de carbono (CO2) atmosférico para sintetizar componentes orgánicos y, con ello, biomasa. La fotorrespiración es un proceso que tiene lugar en las plantas superiores durante el cual fijan el oxígeno (O2), en vez del CO2, cuando los niveles de CO2 son bajos. Consumen O2 y emiten CO2 sin producir ATP o glucosa, lo cual reduce la producción de biomasa y la fijación de CO2. El proyecto GAIN4CROPS, financiado con fondos europeos, trabaja para minimizar las ineficiencias de la fotorrespiración a fin de impulsar la productividad de los cultivos. Para lograrlo, el equipo está diseñando vías metabólicas sintéticas altamente eficientes para estimular drásticamente la fijación del carbono.
Objetivo
Photorespiration – recycling Rubisco’s oxygenation production, 2-phosphoglycolate (2PG), back to the Calvin Cycle – is an ineluctable process in today’s plants, which dissipates energy and releases CO2. Photorespiration reduces CO2 assimilation efficiency, and thus biomass yield, by ~30% and represents a prime target for improving agricultural productivity, as was demonstrated in several recent studies. Yet, the engineering of alternative photorespiration routes to date is restricted to pathways that release CO2, leaving space of considerable further improvement. Another opportunity to reduce the inefficiencies of photorespiration is to minimize it by engineering C4 metabolism, which serves as a carbon-pump that increases the CO2 concentrations near Rubisco. GAIN4CROPS aims to boost plant productivity using novel strategies to minimize the inefficiencies of photorespiration. GAIN4CROPS will follow a stepwise approach, starting by engineering naturally occurring carbon pumps and culminating with the introduction of highly efficient synthetic metabolic pathways that can dramatically boost carbon fixation. First, we will engineer a C3 crop to operate the naturally-occurring C3-C4 carbon-pump, boosting carbon fixation while requiring less complex anatomical modifications than C4 metabolism and using solely genome editing and wide crosses. This step serves as a conceptually novel, ‘natural’ approach towards engineering C4 metabolism. Second, GAIN4CROPS will develop more efficient synthetic C3-C4 carbon pump variants that are based on the effective intercellular transport of aspartate or malate while conserving cellular resources. Finally, based on C3-C4 metabolism, GAIN4CROPS will explore two innovative photorespiration bypass routes which, rather than releasing CO2, fix inorganic carbon, thus directly assisting carbon fixation. GAIN4CROPS will serve as a research and innovation roadmap to attain similarly higher photosynthetic performance in a broad range of C3 crops.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Convocatoria de propuestas
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H2020-NMBP-BIO-2019-two-stage
Régimen de financiación
RIA - Research and Innovation actionCoordinador
40225 Dusseldorf
Alemania