İklim Dayanıklı Bitkiler Gözünde Tutularak Fotosentezdeki Kusur Araştırıldı

Paul Hudson (sol) ve çalışmanın ortak baş yazarı doktora öğrencisi Axel Knave, enzim olan Rubisco’nun 15.000 varyantını test ettikleri laboratuvarda siyanobakteri örneklerini inceliyor. Çalışmaları, büyümeyi daha verimli kılan mutasyonları ortaya çıkardı. Kaynak: Ulysee Castet/KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü

Yükselen sıcaklıklar ve artan kuraklık, dünyanın birçok bölgesinde ekin yetiştirme mevsimlerini kısaltıyor. Şimdi İsveç’teki bilim insanları, daha verimli fotosentezin mühendisliğini hedefleyen yeni ilerlemeler raporluyor; bu çalışmalar nihayetinde ekinlerin iklim değişikliğine uyumlaştırılması çabalarına katkıda bulunabilir.

KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü’nden bir ekip, bakteriyel Rubisco—karbon dioksiti büyümek için kullanılan malzemeye dönüştürmeye yardımcı olan bir enzim—nin yaklaşık 15.000 genetik olarak değiştirilmiş varyantını oluşturdu ve test etti. KTH’de sistem biyolojisi profesörü Paul Hudson, çalışmanın bitkisel değil bakteriyel Rubisco’ya odaklandığını ve bakteriyel büyümeyi destekleyen varyantları aradığını söylüyor.

Science Advances dersinde yayımlanan makalelerinde araştırmacılar, birkaç umut verici varyant bulduklarını ve çalışmadığı görülen sayısız değişikliği ortaya çıkardıklarını bildiriyor.

Rubisco’nun pahalı verimsizliği

Belki de canlılar için en önemli enzim olan Rubisco, bakterilerde ve bitkilerde fotosentezle paralel ilerleyen bir role sahip. Güneş ışığının enerji sağladığı yerde, Rubisco karbon dioksiti yakalar ve organizmanın şeker üretip büyümek için kullanabileceği malzemeye dahil eder.

Buna rağmen enzim şaşırtıcı derecede verimsizdir. Yavaş çalışır ve bazen CO₂ yerine oksijeni yakalar. Bitkiler ardından istenmeyen ürünleri geri dönüştürmek için enerji harcar.

Çalışma bitkisel enzim yerine bakteriyel Rubisco’ya odaklanmış olsa da, başarılı ve başarısız mutasyonların büyük veritabanı, daha iyi enzimlerin tasarlanması için olası bir harita sunabilir; bu da araştırmacıların Rubisco’nun genetik değişikliklere tepkisini nasıl modellediği konusundaki bilgisayar modellerini iyileştirmelerine yardımcı olabilir. Bu dersler nihayetinde bitkisel Rubisco çalışmalarını yönlendirebilir, ancak daha hızlı büyüyen ve iklim değişikliğine dayanıklı ekinler üretmek, bitki hücrelerinde ve bütün bitkilerde ek testler gerektirecek.

CbbM Rubisco enzinin öngörülen üç boyutlu yapısı; dimerik protein kompleksini ve aktif bölge ligandını gösteriyor. Kaynak: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aee9222

Binlerce bakteriyel varyantın taraması

Her varyant kısa bir DNA etiketi taşıyan, özel olarak geliştirilmiş yüksek verimli bir tarama platformu kullanarak ekip, tekli ve birleşik mutasyonlar içeren dahil olmak üzere binlerce aday varyantın verimliliğini eşzamanlı olarak izleyebildi. Hudson, tarama yönteminin diğer metabolik enzimlere de uyarlanabileceğini söylüyor.

Araştırma, daha basit yapısının büyük ölçekte üretip test etmeyi kolay kıldığı ve böylece daha sonra bitkisel enzimlerde ve bitki hücrelerinde test edilebilecek mühendislik ilkelerini ortaya çıkardığı için bakteriyel Rubisco’ya odaklandı.

Ayrıca Hudson, bazı bakteriyel form II Rubisco’ların CO₂’yi bitkisel enzimden daha hızlı işlediğini söylüyor. “Ancak oksijenasyon reaksiyonunu da daha kolay katalizlerler, yani karbon dioksite karşı daha az seçicidirler. Amacımız bu hızlı Rubisco’ları almak ve onları daha da hızlandırmak ya da en azından yüksek karboksilasyon hızını korurken oksijenasyon hızlarını azaltmaktı.”

Umut verici varyantlar mühendislik ödünleşimlerini ortaya çıkarıyor

İki önde gelen varyant, faydalı bir CO₂ dönüşünü korurken oksijenle daha az tepki verdi; ancak her ikisi de genel CO₂ verimliliğinde ödünleşimler gösterdi. Faydalı mutasyonlar birleşince çoğu zaman çalışmayı bıraktı.

Araştırmacılar ayrıca, mutasyonların Rubisco üzerinde nasıl etki edeceğini öngören birkaç bilgisayar modelini de değerlendirdi. Modeller, mutasyon kombinasyonlarına göre tek mutasyonlar için daha güvenilir oldu.

“Bu, Rubisco mutasyonlarının etkilerinin karmaşık olduğunu ve büyük miktarda deney verisi olmadan tahmin etmenin zor olduğunu gösteriyor.”

İleri çalışmalar, umut verici varyantlardaki oksijen reaksiyonunu azaltmaya ve enzin yapı taşlarından hangilerinin oksijen yerine karbon dioksiti seçmesine yardımcı olmaya odaklanacak. Araştırmacılar ayrıca faydalı kimyasallar üreten siyanobakterilerde ve bitki hücrelerinde yeni enzimleri de test ediyor.

Ute A. Hoffmann ve ark., Science Advances (2026) adlı yayında, “Bir fotosentez bakterisinde form II rubisco’nun fitness manzarası oksijen dayanıklılığının mühendisliğini yönlendiriyor” başlıklı makaleyi yayımladı. DOI: 10.1126/sciadv.aee9222

Dergi bilgileri:
Science Advances

genetiği değiştirilmiş organizmalar
fotosentez
Bioinformatics

Bu haber şu kaynak tarafından sağlanmıştır:
KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü

Bu hikayenin ardındaki kişiler:

Tarih ön lisansı, materyal kültürü yüksek lisansı. Eski müze editörü, paramedik ve organ nakil koordinatörü. 2021’den beri Science X için editörlük yapıyor.

Profilin tamamı →

Matematiksel biyoloji lisansı, yaratıcı yazma yüksek lisansı. Bilim ve dil hakkında benzersiz bakış açılarına sahip, geniş çapta seyahat etmiş.

Profilin tamamı →

Atıf

:
Bu iklim dayanıklı ürünler göz önünde bulundurularak fotosentezin kusuru ele alınıyor (2026, 22 Ekim)
23 Ekim 2026 tarihinde erişildi
https://phys.org/news/2026-10-climate-resilient-crops-mind-tackles.html adresinden

Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil kullanış haricinde, içerigin yazılı izni olmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.