Mae gwyddonwyr wedi datblygu techneg golygu genom cloroplast sy'n gwella ffotosynthesis a thwf planhigion yn sylweddol trwy gyflwyno newidiadau manwl gywir i'r ensym Rubisco, sy'n brotein allweddol ond cymharol aneffeithlon sy'n ymwneud â sefydlogi carbon planhigion. Mae'r ymchwil, a gyhoeddwyd ynCyfathrebu Natur, wedi dangos bod golygiadau wedi'u targedu yn cynyddu perfformiad ffotosynthetig, cynhyrchu biomas, ac effeithlonrwydd defnydd dŵr yn y ffatri fodelArabidopsis thaliana. Mae'r canfyddiadau hyn yn amlygullwybr posibl ar gyfer datblygu cnydau mwy cynhyrchiol o dan amodau hinsawdd y dyfodol.
Trwy ddefnyddio technoleg golygu sylfaen cloroplast, cyflwynodd yr ymchwilwyr amnewidiadau asid amino sengl i is-uned fawr Rubisco heb ymgorffori DNA tramor yn genom y planhigyn. Fe wnaeth dau dreiglad penodol, M309I a D397N, wella gweithgaredd catalytig yr ensym, gan ganiatáu i blanhigion gymhathu mwy o garbon o dan grynodiadau carbon deuocsid atmosfferig uchel presennol a rhagamcanol. Roedd y planhigion a olygwyd yn arddangos maint saethu a gwreiddiau cynyddol, arwynebedd dail estynedig, a chynnyrch hadau uwch wrth gynnal cynnwys Rubisco a chloroffyl arferol.
Mae'r canfyddiadau hyn yn mynd i'r afael â her hirsefydlog mewn biotechnoleg planhigion. Er bod Rubisco yn ganolog i ffotosynthesis, mae ei gyfradd catalytig gymharol araf wedi cyfyngu ar gynhyrchiant cnydau ers degawdau. Roedd ymdrechion blaenorol i ailgynllunio neu amnewid yr ensym yn aml yn tarfu ar ei gydosod neu'n lleihau tyfiant planhigion. Mewn cyferbyniad, mae'r astudiaeth hon yn dangos y gall addasiadau bach, wedi'u targedu i'r genyn Rubisco presennol wella ei berfformiad tra'n cadw datblygiad planhigion arferol.
Sylwodd yr ymchwilwyr hefyd fod y gweithfeydd a addaswyd yn cyflawni effeithlonrwydd defnydd dŵr cynhenid uwch, wrth i ffotosynthesis gynyddu heb fod angen mwy o agoriad stomataidd. Datgelodd microsgopeg electron Cryo fod y treigladau wedi newid hyblygrwydd y rhanbarthau o amgylch safle gweithredol Rubisco, gan gynnig mewnwelediad newydd i sut y gall newidiadau strwythurol cynnil wella gweithrediad ensymau.
Mae awduron yr astudiaeth yn nodi bod y safleoedd asid amino wedi'u targedu wedi'u cadw'n fawr ar draws llawer o gnydau amaethyddol, gan nodi y gallai'r dull hwn fod yn berthnasol yn fras y tu hwnt iArabidopsis. Wrth i grynodiadau CO₂ atmosfferig barhau i godi, gall amrywiadau Rubisco gyda chyfraddau catalytig cyflymach alluogi cnydau i gynnal cynhyrchiant wrth ddefnyddio dŵr yn fwy effeithlon o dan amodau tyfu cynyddol heriol.
Gan nad yw'r broses golygu cloroplast yn gadael DNA tramor yn y planhigion terfynol ar ôl bridio, mae'r ymchwilwyr yn awgrymu y gallai'r dechnoleg hon oresgyn rhai rhwystrau rheoleiddiol sy'n gysylltiedig â chnydau confensiynol a addaswyd yn enetig mewn gwledydd sy'n adnabod planhigion rhydd o genynnau wedi'u golygu, trawsgen o dan fframweithiau di-GMO sy'n dod i'r amlwg.
