Uprawy, które pozwalają walczyć ze zmianą klimatu od wewnątrz
Ponieważ zmiana klimatu nasilają fale upałów, susze i ekstremalne warunki pogodowe, rolnictwo stoi przed podwójnym wyzwaniem: wyżywieniem rosnącej światowej populacji przy jednoczesnym zmniejszeniu wpływu na środowisko. Finansowany przez EIC projekt o nazwie Crop4Clima(odnośnik otworzy się w nowym oknie) rozwiązuje oba problemy jednocześnie poprzez zmianę sposobu, w jaki rośliny radzą sobie z dwutlenkiem węgla. „Branża rolnicza, a zwłaszcza hodowcy rzepaku, poważnie cierpi przez zmianę klimatu”, mówi Silvia Shaked, wiceprezes ds. technologii eksperymentalnych w izraelskiej firmie biotechnologicznej Evogene Ltd(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i koordynatorka projektu Crop4Clima. „Rynek potrzebuje przełomowego rozwiązania, które umożliwi adaptację upraw do nowego środowiska. Moim zdaniem Crop4Clima może dostarczyć takiego rozwiązania”. Rozpoczęty w maju 2023 r. i trwający do końca 2025 r. projekt Crop4Clima został sfinansowany przez Europejską Radę Innowacji (EIC)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i był koordynowany przez Evogene Ltd. (EIC). Jego celem było opracowanie pierwszych w swoim rodzaju odmian rzepaku i rzepiku, które będą w stanie pochłaniać do 60% więcej CO2, zużywać około 20% mniej wody i utrzymywać wysoką zawartość oleju, nawet w warunkach suszy i innych stresów klimatycznych.
Przeprogramowanie fotosyntezy
Zasadniczym elementem projektu jest innowacja w dziedzinie biologii syntetycznej, która rozwiązuje problem poważnej nieefektywności roślin znanej jako fotooddychanie. Proces ten zachodzi, gdy enzym roślinny rubisco omyłkowo wiąże tlen zamiast dwutlenku węgla, wyzwalając marnotrawną reakcję, która powoduje uwalnianie CO2 i zużywanie energii. Fotooddychanie może zmniejszać efektywność fotosyntezy nawet o 20-50%. Aby przezwyciężyć ten problem, naukowcy z Instytutu im. Maks Plancka Mikrobiologii Zwierząt Lądowych (MPI)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowali nowy syntetyczny szlak metaboliczny zwany szlakiem tartronyl-CoA (TaCo). Zamiast uwalniać CO2 podczas fotooddychania, szlak ten wychwytuje go i ponownie wiąże, co pozwala zmienić stratę w zysk. Rezultatem jest roślina, która zachowuje się tak, jakby zmodernizowano w niej wewnętrzny silnik: oszczędza energię, asymiluje więcej węgla i nadal rośnie nawet w stresujących warunkach, takich jak upał i niedobór wody.
Z laboratoriów w teren
W ramach projektu Crop4Clima szlak TaCo został z powodzeniem wprowadzony do komercyjnie istotnych linii rzepaku przy użyciu zaawansowanych platform inżynierii roślin Evogene. Próby walidacyjne wykazały, że zmodyfikowane rośliny działają konsekwentnie we wszystkich pokoleniach, z wyraźną poprawą wzrostu, zdrowia fizjologicznego i plonów. Projekt wskazał na kilka kluczowych korzyści, w tym zwiększoną tolerancję na suszę i upały, zwiększoną asymilację węgla i trwałą jakość nasion, która jest czynnikiem kluczowym dla hodowców rzepaku oraz rynków żywności i pasz. Co ważne, obecnie na rynku nie ma żadnych upraw z taką kombinacją cech. Rzepak i rzepik są ważnymi uprawami w Europie i na świecie, a technologia ta wykazuje znaczny potencjał do zastosowania w innych produktach rolnych, takich jak soja, bawełna i ryż.
Tworzenie rolnictwa przyjaznego dla klimatu
Poza rozwiązaniami technicznymi zespół Crop4Clima pracuje też nad wdrożeniem komercyjnym. Zespół planuje utworzenie firmy nasiennej i już rozpoczął opracowywanie modelu biznesowego dostosowanego do zmieniających się łańcuchów wartości żywności i celów klimatycznych. Zawarcie umów przedkomercyjnych z partnerami przemysłowymi ma na celu doprowadzenie technologii do pełnej gotowości rynkowej. Ogólnie rzecz biorąc, projekt Crop4Clima dostarcza przekonujących dowodów na to, że ukierunkowana inżynieria szlaków metabolicznych może pozwolić uzyskać uprawy, które są zarówno bardziej produktywne, jak i bardziej zrównoważone. Przekształcenie roślin w bardziej wydajne pochłaniacze dwutlenku węgla powinno przyczynić się do budowy przyszłości, w której rolnictwo stanie się częścią rozwiązania klimatycznego, a nie ofiarą zmiany klimatu.
