Het beperken van fotorespiratie in rijst met behulp van synthetische biologie

De productiviteit van rijst wordt beperkt door de relatief lage efficiëntie van C3-fotosynthese, met name door fotorespiratie. Dit proefschrift onderzoekt hoe synthetische biologie kan worden ingezet om fotorespiratoire routes en koolstoffixatieroutes opnieuw te ontwerpen, met als doel de fotosynthese, het efficiënte gebruik van hulpbronnen en de graanopbrengst van rijst te verbeteren. Vier strategieën werden onderzocht: koolstofbesparende fotorespiratoire bypasses, een koolstofpositieve fotorespiratoire bypass, een facultatieve CAM-achtige route en energie-efficiënte C4-achtige routes binnen één cel. Gezamenlijk leidden deze benaderingen via verschillende metabole mechanismen tot verbeteringen in de fotosyntheseprestaties, biomassaopbouw en graanopbrengst. Deze mechanismen omvatten het behoud van koolstof, de koppeling van koolstof- en stikstofmetabolisme, netto koolstofassimilatie via een koolstofpositieve bypass, de temporele herorganisatie van koolstoffixatie en de optimalisatie van het energiegebruik in C4-routes. De resultaten laten verder zien dat een verbeterde fotosynthese op bladniveau op zichzelf niet bepalend is voor de gewasproductiviteit. Succesvolle modificatie van fotosynthetische processen vereist een gecoördineerde aanpassing van de koolstofverdeling binnen de gehele plant, het stikstofgebruik, de source-sinkrelaties en de reproductieve ontwikkeling. Deze bevindingen bieden nieuwe strategieën en ontwerpprincipes om met behulp van synthetische biologie rijstrassen met een hogere opbrengst te ontwikkelen.