Çiftlik üretimini artırabilecek turbo şarjlı bitkiler

BM Gıda ve Tarım Örgütü'ne göre, 2022'de dünya çapında neredeyse on kişiden üçü gıda sıkıntısı çekti; onda birinden fazlası ise ciddi gıda güvensizliği yaşadı.

Bitki verimini artırmak, açığı kapatmanın bir yoludur ve büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Ancak örneğin mısır verimi son yüz yılda üç katına çıkarken, su kullanımı da aynı oranda arttı.

Illinois Üniversitesi'nden Prof Steve Long, "Özellikle su konusunda talebi daha fazla artırmadan verimliliği artırabilmemiz gerekiyor" diyor.

Bitki büyümesinin kayda değer bir gelişme göstermeyen bir yönü, dönüşüm verimliliğidir; yani bir bitkinin fotosentez yoluyla güneş ışınımını biyokütleye ne kadar etkili bir şekilde dönüştürdüğü.

Prof Long, buğday ve soya fasulyesi gibi mevcut ürün çeşitlerinde fotosentezin onlarca yıldır neredeyse hiç gelişmediğini söylüyor.

Bitkilerin fotosentez yeteneklerini geliştirerek verimlerini artırmak için genetik olarak ince ayar yapmayı amaçlayan Artan Fotosentetik Verimliliğin Gerçekleştirilmesi (Olgun) adlı bir projenin baş araştırmacısı ve yöneticisidir.

Mahsul bitkilerinde fotosentezin verimliliği teorik maksimumun oldukça altındadır, ancak sürecin karmaşık doğası nedeniyle etkilenmesi zor olmuştur; milyonlarca potansiyel permütasyon veren, daha da fazla gen tarafından kodlanan 100'den fazla adım vardır.

Prof Long ve ekibi, fotosentez sürecinin dijital ikizini oluşturmak için güçlü bilgisayarlar kullandı. Bu süreci milyonlarca şekilde değiştirebilir.

Yazılım bu milyonlarca seçenek arasından en büyük iyileştirmeyi sağlayacak olanları belirleyebilir.

Prof Long, "Daha sonra bunları mahsullere dönüştürdük ve bu, serada bir iyileşme ile sonuçlanırsa, onu deneysel çiftliğimize alıp gerçek dünya ortamında test ediyoruz" diyor.

Bunun şimdiden ümit verici sonuçları oldu. Soya fasulyesi bitkilerinde fotosentez mekanizmasında yapılan değişiklikler, kontrollü ortamlarda %20'den fazla verim artışıyla sonuçlanmıştır ve şu anda saha denemeleri devam etmektedir.

Çalışmanın odak noktalarından biri, bitkilerin ışık seviyelerindeki değişikliklere tepki verme şeklini değiştirmek.

Ekip, ksantofil döngüsünün proteinlerini kodlayan üç gen üzerinde çalışıyor. Bu, yaprakların ışıktan gölgeye geçmesiyle meydana gelir ve bitkinin kullanabileceğinden daha fazla ışık almasını engeller.

Ancak bu süreç birkaç dakika sürebilir ve Ripe'ın gen değişiklikleri, bitkilerin ışık seviyelerindeki değişikliklere daha hızlı uyum sağlayabileceği anlamına gelir.

Dünyanın dört bir yanındaki diğer ekipler de fotosentezi artırmaya çalışıyor.

Oxford Üniversitesi'nin bir yan ürünü olan Wild Bioscience, yabani bitkilerde bulunan bir genin ifadesini artırarak her bir yaprağın fotosentez yapabilen oranını artırmak için çalışıyor.

Süreç karmaşık hesaplamalı biyolojiyi içeriyor: Kurucu ortak Ross Hendron, "Yaptığımız şey, vahşi doğada fotosentezde doğal olarak meydana gelen yükseltmeleri tersine mühendislikle yapmaya çalışmak, böylece bunları bitkilerde kopyalayabiliriz" diyor.

Çoğu zaman bu gen bitkide zaten mevcuttur ve farklı alanlarda aktive edilebilir.

Bay Hendron, "Buğdaya baktığımızda genin zaten buğday genomunda olduğunu, sadece yanlış yerde olduğunu görebiliriz" diyor. "Dolayısıyla, tesisin bu kısmındaki bu özel süreci geliştirmek istediğimizde yapmamız gereken şey, bir düğmeye basmak ve o bölgedeki geni açmaktır."

Bir başka örnek ise mısırda bulunan ve bitkinin C4 fotosentezi olarak bilinen, özellikle darıda da bulunan etkili bir fotosentez biçimini gerçekleştirmesine yardımcı olan bir gendir; Wild Bioscience bunu buğdayda etkinleştirdi.

Şirket buğday, soya fasulyesi ve mısır üzerinde çalışıyor ve şu anda değerlendirme aşamasında olan saha denemeleri ile tohum biyokütlesinde %20'den fazla artış elde etti. Bay Hendron, her şey yolunda giderse mahsul bitkilerinin 2030 veya 2031 civarında ticari olarak satışa sunulabileceğini söylüyor.

Hem Ripe hem de Wild BioScience gen düzenlemeyle ilgileniyor. DNA'nın çıkarılmasıyla genlerin açılıp kapatılmasını içerir ve diğer türlerden genlerin alınmasını içeren genetik modifikasyondan (GM) farklıdır.

• Genleri değiştirilmiş gıda nedir ve yenmesi güvenli midir?

Bu yılın başlarında Birleşik Krallık hükümeti, İngiltere'de ticari tarımı mümkün kılmak için genetiği değiştirilmiş mahsullere ilişkin düzenlemeyi gevşetti.

Genleri değiştirilmiş ve GDO'lu mahsullerin düzenlenmesi ülkeden ülkeye farklılık gösteriyor; Avrupa Birliği en katı kurallara sahip.

Kampanyacılar uzun süredir GDO'lu mahsullerin piyasaya sürülmesine karşı mücadele ediyor ve genetiği değiştirilmiş mahsullere de direniyorlar.

Friends of the Earth Europe, şunları söyledi: "Bu kanıtlanmamış bilim, sürdürülemez bir tarım endüstrisinin semptomlarına yalnızca kısa vadeli bir rahatlama potansiyeli sunuyor. Bu arada, zamanı, yatırımı ve dikkati gerçek ve zaten kanıtlanmış çözümlerden uzaklaştırıyor." Gerçeği Düzenlemek başlıklı bir rapor.

Imperial College London'daki araştırmacılar henüz herhangi bir gen düzenlemesi yapma aşamasında değil.

Bitkilerin görünür ışık yerine düşük enerjili uzak kırmızı ışık kullanarak fotosentez yapacak şekilde tasarlanıp tasarlanamayacağını araştırmanın ilk aşamalarındalar.

Yaşam Bilimleri Bölümü'nden Prof Bill Rutherford, "Bazı koşullar altında potansiyel var, ancak bunun nasıl çalıştığını ve artıları ve eksilerinin neler olduğunu anlamanın henüz ilk aşamalarındayız" diyor.

Bazı bilim insanları tarladaki mahsuller açısından gerçekte nelerin başarılabileceği konusunda temkinli davranıyor.

Tarımsal araştırma kurumu Rothamsted Research'ün baş araştırma bilimcisi Matthew Paul, yaprakların fotosentetik yeteneğinin artmasının basitçe daha küçük yapraklarla sonuçlanabileceğini ve yüksek fotosentez oranlarının daha fazla su kaybı anlamına gelebileceğini, yani bitkilerin daha fazla sulamaya ihtiyaç duyacağı anlamına geldiğini öne sürüyor.

"Herhangi bir GM veya gen düzenleme yaklaşımının yaygın bir etkiye sahip olması için, bunun farklı bölgelerde yetiştirilen çeşitlerde çoğaltılması gerekir. İfade kontrolünün incelikleri ve her çeşidin genetik arka planıyla etkileşimi, bunu zorlaştıracaktır" diyor.