Persbericht
Rubisco activase beste aanknopingspunt voor betere fotosynthese bij variërend licht
Wetenschappers en plantenveredelaars die zich richten op het verbeteren van de voedselproductie door de fotosynthese in gewasplanten te bevorderen, zouden een goede keus maken als ze de samenstelling en concentratie van het eiwit Rubisco activase zouden veranderen. Onder omstandigheden waarbij de lichtintensiteit vaak en sterk wisselt, is Rubisco activase een belangrijke beperkende factor voor het in gang zetten van de fotosynthese op momenten dat het licht plotseling toeneemt. Elias Kaiser, gewasfysioloog bij Wageningen University & Research, publiceert dit nieuwe inzicht in zijn proefschrift dat hij op 15 februari 2016 verdedigt aan Wageningen University.
Planten en algen vormen dankzij hun fotosynthese de basis van het leven op aarde. Ze vangen zonlicht op en gebruiken die energiebron om koolhydraten te produceren. Bij de fotosynthese verbruikt de plant kooldioxide en produceert hij zuurstof. De geproduceerde koolhydraten zorgen ervoor dat de plant kan groeien en zodoende voedsel voor andere organismen produceert.
Dat is de reden waarom planten zo een belangrijke rol spelen bij het voeden van de wereld. De wereldbevolking zal naar verwachting tegen 2050 zijn gegroeid tot zo'n 9 miljard mensen. De productie en distributie van voedsel zal daarom drastisch moeten worden verbeterd.
Over de hele wereld proberen wetenschappers het fotosyntheseproces te verbeteren, om zo de voedselproductie te verhogen. Een cruciale stap daarbij is het vinden van de beperkende factoren in de fotosynthese. Als wetenschappers en plantenveredelaars een of meerdere van deze beperkende factoren weten te elimineren, zou het mogelijk kunnen worden om gewassen te ontwikkelen die sneller groeien en meer voedsel produceren.
Beperkende factoren in de fotosynthese
Elias Kaiser bestudeerde een aantal factoren waarvan hij verwachtte dat ze de fotosynthese onder sterk variërende lichtomstandigheden zouden kunnen beperken. Op akkers en in kassen fluctueert de hoeveelheid licht die op bladeren valt namelijk heel sterk. Dat wordt veroorzaakt door de bewegende schaduw van bladeren, buurplanten en van wolken. Planten moeten op die veranderingen in de lichtsterkte steeds reageren door de biochemische processen in hun bladeren aan te passen. Dergelijke aanpassingen kosten tijd. Kaiser wilde weten of het mogelijk zou zijn de aanpassingsperiode te verkorten, zodat planten het zonlicht efficiënter zouden kunnen gebruiken.
Kaiser bestudeerde tomaten- en Arabdiposis thaliana-planten (zandraket) en combineerde zijn laboratoriumonderzoek met het gebruik van computermodellen die de fotosynthese beschrijven en voorspellen. Kaiser kwam tot één factor die er uit springt: de concentratie en de samenstelling van het zogenoemde Rubisco activase. Dat eiwit speelt een belangrijke rol bij het activeren van het Rubisco op het moment dat de lichtsterkte plotseling toeneemt. Dat Rubisco is op zijn beurt de ‘motor’ van de fotosynthese.
Kaiser: “De concentratie en samenstelling van Rubisco activase zijn aantrekkelijke factoren om de snelheid te verbeteren waarmee planten hun fotosynthese aanpassen tijdens variërende lichtomstandigheden. Verschillen in de concentratie en de vorm van het Rubisco activase blijken te zorgen voor verschillen in het vermogen van planten om zich snel aan plotseling toenemende lichtsterkte aan te passen en snel de fotosynthese op te starten. Ik verwacht dat gewassen ontwikkeld kunnen worden met een hogere concentratie Rubisco activase en een geoptimaliseerde samenstelling of driedimensionale vorm van het eiwit. Dat maakt het de moeite waard om via deze benadering de fotosynthese te verbeteren.”