Opis projektu
Poprawa asymilacji węgla przyczyni się do zwiększenia produkcji cząsteczek organicznych i wydajności upraw
Zwiększanie wydajności upraw stanowi coraz ważniejszy cel w kontekście zaspokajania potrzeb żywnościowych i paliwowych rosnącej populacji świata stojącej w obliczu niepewności związanych ze zmianami klimatu. O wydajności upraw decyduje w głównej mierze fotosynteza. W trakcie tego procesu rośliny asymilują dwutlenek węgla (CO2) z atmosfery w celu wytworzenia związków organicznych, a tym samym biomasy. Fotorespiracja to proces zachodzący w wyższych roślinach, podczas którego przy niskiej zawartości CO2 zamiast niego asymilowany jest tlen (O2). Pochłaniają one O2 i uwalniają CO2, nie produkując ATP ani cukru, co w konsekwencji zmniejsza ilość asymilowanego CO2 i produkcję biomasy. Celem finansowanego ze środków UE projektu GAIN4CROPS jest zminimalizowanie nieefektywności fotorespiracji, aby zwiększyć wydajność upraw. W tym celu zespół opracowuje wysoce wydajne syntetyczne szlaki metaboliczne, które radykalnie poprawiają asymilację węgla.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Zaproszenie do składania wniosków
Zobacz inne projekty w ramach tego zaproszeniaSzczegółowe działanie
H2020-NMBP-BIO-2019-two-stage
System finansowania
RIA - Research and Innovation actionKoordynator
40225 Dusseldorf
Niemcy