นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิคการแก้ไขจีโนมของคลอโรพลาสต์ที่ช่วยปรับปรุงการสังเคราะห์แสงและการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยการแนะนำการเปลี่ยนแปลงที่แม่นยำในเอนไซม์ Rubisco ซึ่งเป็นโปรตีนสำคัญแต่ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับการตรึงคาร์บอนของพืช งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในการสื่อสารธรรมชาติแสดงให้เห็นว่าการแก้ไขตามเป้าหมายเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง การผลิตชีวมวล และ{0}}ประสิทธิภาพการใช้น้ำในโรงงานต้นแบบอราบิดอปซิส ทาเลียนา. การค้นพบเหล่านี้เน้นย้ำเส้นทางที่มีศักยภาพในการพัฒนาพืชผลที่มีประสิทธิผลมากขึ้นภายใต้สภาพอากาศในอนาคต
ด้วยการใช้เทคโนโลยีการแก้ไขฐานคลอโรพลาสต์- นักวิจัยได้แนะนำการทดแทนกรดอะมิโนเดี่ยวในหน่วยย่อยขนาดใหญ่ Rubisco โดยไม่ต้องรวม DNA แปลกปลอมเข้าไปในจีโนมของพืช การกลายพันธุ์เฉพาะสองอย่างคือ M309I และ D397N ได้เพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ช่วยให้พืชดูดซึมคาร์บอนได้มากขึ้นภายใต้ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นทั้งในปัจจุบันและที่คาดการณ์ไว้ พืชที่ได้รับการแก้ไขมีขนาดหน่อและรากเพิ่มขึ้น พื้นที่ใบขยาย และผลผลิตเมล็ดสูงขึ้นในขณะที่ยังคงปริมาณรูบิสโกและคลอโรฟิลล์ตามปกติ
การค้นพบนี้กล่าวถึงความท้าทายอันยาวนานในด้านเทคโนโลยีชีวภาพของพืช แม้ว่า Rubisco จะเป็นศูนย์กลางของการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่อัตราการเร่งปฏิกิริยาที่ค่อนข้างช้าทำให้ผลผลิตพืชผลจำกัดมานานหลายทศวรรษ ความพยายามในการออกแบบใหม่หรือเปลี่ยนเอนไซม์ก่อนหน้านี้มักจะขัดขวางการประกอบหรือทำให้การเจริญเติบโตของพืชลดลง ในทางตรงกันข้าม การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการปรับเปลี่ยนเป้าหมายเล็กๆ น้อยๆ ในยีน Rubisco ที่มีอยู่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของยีนในขณะเดียวกันก็รักษาการพัฒนาของพืชตามปกติได้
นักวิจัยยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าพืชที่ได้รับการดัดแปลงได้รับประสิทธิภาพการใช้น้ำจากภายในที่สูงขึ้น- เนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องมีการเปิดปากใบมากขึ้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอ-เผยให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ได้เปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่นของบริเวณรอบๆ บริเวณที่ทำงานของ Rubisco โดยให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนสามารถปรับปรุงการทำงานของเอนไซม์ได้อย่างไร
ผู้เขียนการศึกษาตั้งข้อสังเกตว่าตำแหน่งกรดอะมิโนเป้าหมายได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในพืชผลทางการเกษตรหลายชนิด ซึ่งบ่งชี้ว่าแนวทางนี้สามารถนำไปใช้ในวงกว้างนอกเหนือจากอาราบิดอปซิส. เนื่องจากความเข้มข้นของCO₂ในชั้นบรรยากาศยังคงเพิ่มขึ้น รูปแบบ Rubisco ที่มีอัตราการเร่งปฏิกิริยาที่เร็วขึ้นอาจทำให้พืชสามารถรักษาความสามารถในการผลิตในขณะที่ใช้น้ำอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นภายใต้สภาพการเจริญเติบโตที่ท้าทายมากขึ้น
เนื่องจากกระบวนการแก้ไขคลอโรพลาสต์ไม่ทิ้ง DNA แปลกปลอมไว้ในพืชขั้นสุดท้ายหลังการผสมพันธุ์ นักวิจัยแนะนำว่าเทคโนโลยีนี้สามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคด้านกฎระเบียบบางประการที่เกี่ยวข้องกับพืชดัดแปลงพันธุกรรมแบบเดิมๆ ในประเทศที่ยอมรับพืช-ตัดแต่งยีน ปลอดยีน- ภายใต้กรอบการทำงานที่ไม่ใช่- GMO ที่เกิดขึ้นใหม่
