پژوهشگران راهی برای جلوگیری از اتلاف انرژی در تنفس نوری در گیاهان پیدا کرده‌اند که می‌تواند موجب افزایش میزان تولید محصولات کشاورزی شود.
یکی از مهم‌ترین چالش‌های قرن بیست‌و‌یکم، این است که چگونه به‌طور پایدار و با مصرف آب و کود کمتر در زمین‌های محدود و نیز در شرایط رکود تولید، تهدید آفات و بیماری‌ها و اقلیم در حال تغییر، جمعیت در حال افزایش جهان را تغذیه کنیم. لیزا اینسورث، دانشمندی از آمریکا که اخیرا جایزه‌ی آکادمی ملی علوم در زمینه‌ی علوم غذا و کشاورزی را دریافت کرده است، می‌گوید:

نشست امسال درمورد خارج شدن علم از مرزهای سنتی خویش و رسیدن به کشاورزان خرده‌پا در آفریقا است.

 

پژوهشگران در این نشست درمورد چالش‌های امنیت غذایی و پیشرفت اخیر در زمینه‌ی اصلاح یک نقص فنی در مسیر تنفس نوری گیاهان که موجب افزایش تولید محصولات کشاورزی تا ۴۰ درصد می‌شود، بحث و گفت‌وگو کردند. ارت، سخنگوی این نشست گفت:

گیاهان برای تولید غذایی که ما می‌خوریم، سه کار کلیدی انجام می‌دهند: گرفتن نور خورشید، استفاده از آن انرژی برای تولید زیست‌توده‌ی گیاهی و صرف بالاترین میزان ممکن از زیست‌توده درجهت تولیداتی نظیر دانه‌های ذرت یا سیب‌زمینی‌های لبریز از نشاسته.

در طول قرن گذشته اصلاح‌کنندگان محصولات کشاورزی به‌خوبی روی حداکثر کردن مورد اول و سوم کار کرده‌اند و چالش بهبود فرایندی که در آن نور خورشید و کربن‌دی‌اکسید تثبیت می‌شوند (فتوسنتز) را برای ما گذاشته‌اند تا ما با بهبود آن موجب افزایش رشد گیاهان و تأمین نیاز غذایی مردم در قرن بیست‌و‌یک شویم.

این کار مهم بخشی از یک پروژه‌ی بین‌المللی به نام RIPE است. پژوهشگران این پروژه در حال مهندسی محصولات کشاورزی درجهت افزایش کارآیی فتوسنتز هستند. ارت که معاون مدیر پروژه‌ی RIPE نیز است، گفت:

گیاهان زمینی دارای یک نقص بیولوژیکی هستند که در آن یک آنزیم فتوسنتزی به‌طور مکرر به‌جای کربن‌دی‌اکسید، اکسیژن می‌گیرد و گیاه ناگریز است که فرایند پیچیده و هزینه‌بری به نام تنفس نوری را برای کاهش این نقص بگذراند. محصولاتی نظیر سویا و گندم بیش از ۳۰ درصد از انرژی تولیدشده طی فتوسنتز را طی این فرایند از دست می‌دهند اما نتایج مدل‌سازی‌ها نشان داده است که می‌توان راه‌های میان‌بر تنفس نوری را مهندسی کرد تا گیاه انرژی خود را حفظ کرده و آن را صرف رشد خودش کند.

 

پژوهشگران با قرض گرفتن ژن‌های جلبک و کدوتنبل، سه مسیر دیگر را برای جایگزینی مسیر طبیعی تنفس نوری در گیاه تنباکو مهندسی کردند. گیاه تنباکو گیاه مدلی است که پژوهشگران قبل از انتقال تکنولوژی به محصولات کشاورزی که مهندسی و آزمایش آن‌ها بسیار دشوارتر و زمان‌بر‌تر است، از آن استفاده می‌کنند. اکنون، پژوهشگران درحال ترجمه‌ی این کار برای تقویت تولید محصولات کشاورزی دیگر نظیر سویا، لوبیا چشم بلبلی، برنج، سیب‌زمینی، گوجه‌فرنگی و بادمجان هستند. ارت گفت:

مقدار کالری که هر ساله در جهان در اثر عمل تنفس نوری از دست می‌رود، باور کردنی نیست. بازگردادن حتی بخشی از این کالری موفقیت چشمگیری در میزان تولید برنج ما برای تغذیه‌ی جمعیت ده میلیارد نفری جهان در سال ۲۰۵۰ خواهد بود.

البته ارت خاطرنشان می‌کند برای اینکه این تکنولوژی به محصولات کشاورزی برسد و مجوزهای توزیع در بین کشاورزان را دریافت کند، ۱۵ سال یا بیشتر زمان می‌خواهد. RIPE و اسپانسرهایش متعهد شده‌اند که وقتی چنین روزی فرا برسد، کشاورزان خرده‌پا در مناطقی نظیر کشورهای جنوب صحرای آفریقا و جنوب آسیا دسترسی آزادی به این تکنولوژی‌ها خواهند داشت.

علاوه‌بر این، پژوهشگران درحال انجام مطالعاتی در زمینه‌ی بهبود تثبیت نیتروژن در غلات و ویرایش ژنوم برای افزایش پایدار تولید محصولات کشاورزی هستند. علوم کشاورزی درحال گذر از اصول سنتی خود هستند.