De toename van de wereldpopulatie tezamen met klimaatveranderingen kunnen ernstige gevolgen hebben voor de mens. Kan genetische modificatie van gewassen ons nog redden?

De strijd tegen de honger in de wereld is een race tegen de klok. Tegen 2050 zal de wereldwijde populatie enorm zijn gegroeid en verstedelijkt. Hierdoor zullen we 87 procent meer van de vier primaire voedselgewassen – rijst, tarwe, soja en mais – moeten produceren.

Klimaatverandering
Naast de stijging van populatie, zal ook het klimaat de komende dertig jaar behoorlijk veranderen. Hogere temperaturen en meer CO2 in de atmosfeer liggen in het verschiet. Gewassen kunnen zich aanpassen aan de verandering door evolutie. Dit gaat echter veel langzamer dan de veranderingen die wij op dit moment in de atmosfeer veroorzaken. Bovendien is er niet genoeg landbouwgrond beschikbaar om de hele wereldpopulatie van voedsel te voorzien.

Deze tabaksplantjes toonden aan dat verbetering van fotosynthese de opbrengst onder hoge CO2-gehalte kan worden verhoogd. Credits: Stephen Long

Deze tabaksplantjes toonden aan dat verbetering van fotosynthese, de opbrengst onder hoge CO2-gehalte kan verhogen. Credits: Stephen Long

Genetische modificatie
Onderzoekers van de University of Illinois zeggen dat de oplossing ligt in het genetisch modificeren van fotosynthetische mechanismes. Hun onderzoek werd gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society B. “De snelheid waarmee fotosynthese in gewassen zoals soja en rijst plaatsvindt, is afhankelijk van twee factoren,” vertelt onderzoeker Stephen Long. “Eén daarvan is de efficiëntie van het enzym Rubisco. Dit vangt CO2 op en zet het om naar koolhydraten, die de plant weer gebruikt als energiebron voor het produceren van vruchten.” Omdat in de toekomst het klimaat waarschijnlijk hogere CO2-concentraties bevat, zal het enzym Rubisco efficiënter worden. Helaas gaat dit proces minder goed onder warme temperaturen. Daarom kijken de onderzoekers of het mogelijk is om het enzym Rubisco te verbeteren, waardoor het zowel bij hoge CO2-concentraties, als bij warme temperaturen goed kan presteren.

Snelheid
“De tweede factor is de aanmaaksnelheid van het enzym Rubisco in de plant,” gaat Long verder. “Met de stijgende CO2-concentraties zal de aanmaak van rubisco langzamer gaan. Op dit moment zijn we aan het kijken hoe we dit proces kunnen versnellen.” De onderzoekers ontwikkelden wiskundige modellen om hun theorieën te onderbouwen. Ook werden de modellen in de praktijk getest. De onderzoekers probeerden de aanmaak van het Rubisco-enzym in tabaksplanten te versnellen, terwijl de planten ondertussen onderworpen werden aan hoge CO2 gehaltes. Het werkte: de fotosynthese en de opbrengst namen beide toe.

“Elke vernieuwing waar we nu mee komen, kunnen voor de komende twintig jaar nog niet gebruikt worden”

Long benadrukt dat deze mogelijke oplossing nog lang niet klaar is voor commercieel gebruik. “Elke vernieuwing waar we nu mee komen, kan de komende twintig jaar nog niet gebruikt worden,” legt hij uit. “We hebben tijd nodig voor testen, productontwikkeling en goedkeuring van overheidsinstanties.” Ondanks de vele jaren dat hier nog aan gewerkt wordt, geven de onderzoekers de moed niet op. “Er liggen enorme uitdagingen in het verschiet,” zegt Long. “We hebben simpelweg niet de luxe om het gebruik van elke technologie die de prestaties van gewassen kan verbeteren, uit te sluiten.”