Para saintis telah membangunkan teknik penyuntingan genom kloroplas yang meningkatkan fotosintesis dan pertumbuhan tumbuhan dengan ketara dengan memperkenalkan perubahan tepat pada enzim Rubisco, yang merupakan protein utama tetapi agak tidak cekap yang terlibat dalam penetapan karbon tumbuhan. Penyelidikan itu, diterbitkan dalamKomunikasi Alam Semula Jadi, menunjukkan bahawa pengeditan yang disasarkan meningkatkan prestasi fotosintesis, pengeluaran biojisim dan kecekapan penggunaan-air dalam kilang modelArabidopsis thaliana. Penemuan ini menyerlahkanlaluan yang berpotensi untuk membangunkan tanaman yang lebih produktif di bawah keadaan iklim masa hadapan.
Dengan menggunakan teknologi penyuntingan asas kloroplas-, penyelidik memperkenalkan penggantian asid amino tunggal ke dalam subunit besar Rubisco tanpa memasukkan DNA asing ke dalam genom tumbuhan. Dua mutasi khusus, M309I dan D397N, meningkatkan aktiviti pemangkin enzim, membolehkan tumbuhan mengasimilasikan lebih banyak karbon di bawah kedua-dua kepekatan karbon dioksida atmosfera semasa dan unjuran tinggi. Tumbuhan yang diedit mempamerkan peningkatan saiz pucuk dan akar, luas daun yang mengembang, dan hasil biji benih yang lebih tinggi sambil mengekalkan kandungan Rubisco dan klorofil yang normal.
Penemuan ini menangani cabaran lama dalam bioteknologi tumbuhan. Walaupun Rubisco adalah pusat kepada fotosintesis, kadar pemangkinnya yang agak perlahan mempunyai produktiviti tanaman yang terhad selama beberapa dekad. Percubaan sebelumnya untuk mereka bentuk semula atau menggantikan enzim sering mengganggu pemasangannya atau mengurangkan pertumbuhan tumbuhan. Sebaliknya, kajian ini menunjukkan bahawa pengubahsuaian kecil yang disasarkan kepada gen Rubisco sedia ada boleh meningkatkan prestasinya sambil mengekalkan pembangunan tumbuhan biasa.
Para penyelidik juga memerhatikan bahawa tumbuhan yang diubah suai mencapai kecekapan penggunaan air intrinsik yang lebih tinggi-, kerana fotosintesis meningkat tanpa memerlukan pembukaan stomata yang lebih besar. Mikroskopi elektron Cryo-mendedahkan bahawa mutasi telah mengubah fleksibiliti kawasan sekitar tapak aktif Rubisco, menawarkan pandangan baharu tentang cara perubahan struktur halus boleh meningkatkan fungsi enzim.
Penulis kajian mencatatkan bahawa kedudukan asid amino yang disasarkan sangat terpelihara merentas banyak tanaman pertanian, menunjukkan bahawa pendekatan ini boleh digunakan secara meluas di luarArabidopsis. Memandangkan kepekatan CO₂ atmosfera terus meningkat, varian Rubisco dengan kadar pemangkin yang lebih pantas mungkin membolehkan tanaman mengekalkan produktiviti sambil menggunakan air dengan lebih cekap dalam keadaan pertumbuhan yang semakin mencabar.
Oleh kerana proses penyuntingan kloroplas tidak meninggalkan DNA asing dalam tumbuhan akhir selepas pembiakan, para penyelidik mencadangkan bahawa teknologi ini boleh memintas halangan pengawalseliaan tertentu yang dikaitkan dengan tanaman diubah suai secara genetik konvensional di negara yang mengiktiraf tumbuhan -diedit, transgen-bebas di bawah rangka kerja bukan-GMO yang baru muncul.
