Skip to main content

3to4: Converting C3 to C4 photosynthesis for sustainable agriculture

Article Category

Article available in the folowing languages:

Verso una migliore fotosintesi per determinate colture

Non tutte le piante sono uguali. Mentre tutte utilizzano un enzima chiamato Rubisco per catturare il carbonio, alcune possono contare solo sull’inefficiente percorso di fotosintesi C3 per farlo, con la conseguente perdita di carbonio già fissato in un processo chiamato fotorespirazione. Il progetto 3TO4 ha mirato a potenziare la fotosintesi in queste piante, traendo ispirazione dalla più efficiente fotosintesi C4.

Alimenti e Risorse naturali

Le piante utilizzano la fotosintesi per convertire il biossido di carbonio e l’acqua in carboidrati tramite l’energia fornita dalla luce. Al centro di questo processo di fissazione del carbonio vi è un enzima chiamato Rubisco, che si è evoluto per la prima volta 3,5 miliardi di anni fa in batteri fotosintetici. Per fissare il carbonio, molte piante coltivate (tra cui grano, orzo, riso, soia e patate) utilizzano il RuBisCo in una via inefficiente, denominata fotosintesi C3. Erbe evolute più recentemente come il mais hanno modificato la struttura e la biochimica delle loro foglie per concentrare la CO2 attorno al Rubisco nel più efficiente percorso di fotosintesi C4. In generale, le piante con fotosintesi C4 sono rappresentate per circa il 50 % dalle erbe note, per il 3 % da specie di piante da fiore e per il 40 % dal raccolto di grano mondiale. Ma cosa succederebbe se queste percentuali venissero aumentate per mezzo della biotecnologia verde? “Se la fotorespirazione, un processo che ostacola la fotosintesi, potesse essere ridotta nelle colture C3, o se le colture C3 potessero essere convertite per utilizzare la fotosintesi C4, verrebbero garantiti grandi vantaggi economici e ambientali, a causa dei ridotti ingressi per ricavo unitario associati al percorso C4,” afferma Richard Leegood, coordinatore di 3TO4 e professore di biochimica vegetale all’Università di Sheffield. La fotosintesi C4 si traduce in migliori tassi di fissazione del carbonio, nel miglior utilizzo di azoto e nel migliore utilizzo dell’acqua, ma applicarla alle piante C3 è tutt’altro che facile. L’efficiente fotosintesi C4 è associata ad alterazioni dello sviluppo fogliare, della biologia cellulare e della biochimica,’ spiega il prof. Leegood. “Il trasferimento di questi tratti in colture C3 è un impegno a lungo termine, ma anche un successo parziale a lungo termine offrirebbe già notevoli vantaggi economici e ambientali.” 3TO4 sta gettando le basi cercando di scoprire gli aspetti fondamentali della biologia C4. Lo scopo finale del team è quello di utilizzare il meccanismo C4 per ridurre l’entità della fotorespirazione. “Il lavoro proposto è proceduto in gran parte secondo i piani,” afferma il prof. Leegood. “Tuttavia, sebbene siano state generate linee di colza con un by-pass fotorespiratorio, le piante trasformate con il by-pass non hanno mostrato un fenotipo sufficientemente forte per giustificare il vasto programma di lavoro proposto originariamente.” Per ovviare a questo problema, il team ha riorientato il proprio lavoro su piante intermedie C3-C4 come la Moricandia arvensis, che è strettamente correlata alla colza e dispone di un by-pass fotorespiratorio naturale. Un’altra delle ambizioni principali del progetto è stata quella di contribuire al C4 Rice Project finanziato dalla Fondazione Bill & Melinda Gates. “Il riso C4 è destinato ad aumentare la produzione di cibo nei suoi principali mercati del sud-est asiatico e dell’Africa, ma una volta ottenuto lo sviluppo di una coltura C4 (o di qualsiasi tipo di coltura con fotorespirazione ridotta), questa dovrebbe essere relativamente semplice da applicare alla tecnologia per altre colture, comprese le colture C3 in Europa, come il frumento,” afferma il prof. Leegood. Anche se il progetto è stato completato, i lavori proseguono nei laboratori dei partner in settori come lo sviluppo e l’anatomia delle foglie C4, il by-pass fotorespiratorio, la regolazione post-traslazionale delle proteine C4, la funzione di fattori di trascrizione e la regolazione dell’espressione genica. Se tutto procede come previsto, il prof. Leegood ritiene che le colture C4 potrebbero diventare una realtà tra quindici o vent’anni.

Parole chiave

3TO4, fotosintesi, riso C4 , fotorespirazione, fissaggio della CO2, Rubisco, fotosintesi C3, fotosintesi C4

Scopri altri articoli nello stesso settore di applicazione