Het verbeteren van fotosynthese in gewassen kan een mogelijke oplossing zijn in het waarborgen van de voedselzekerheid. Binnen het nieuwe, onafhankelijke Jan IngenHousz Institute in Wageningen proberen plantenwetenschappers uit verschillende disciplines daarom het geheim van fotosynthese-efficiëntie te ontrafelen. Met de oprichting van het nieuwe instituut is een investering gemoeid van 62 miljoen euro over een periode van 10 jaar. Het instituut ontleent zijn naam aan IngenHousz, een 18e-eeuwse Nederlandse arts en scheikundige. De komende jaren zullen meer dan 30 promovendi en 60 postdocs aan het onderzoeksprogramma werken.
"Zonder fotosynthese is geen leven mogelijk", legt professor Martin Kropff uit. Hij is voorzitter van de Raad van Toezicht van het Jan IngenHousz Institute en voormalig rector magnificus van Wageningen University & Research. “Tijdens de fotosynthese zetten planten onder invloed van licht CO2 en water om in zuurstof en suikers. Het is de basis voor alle stoffen waaruit planten bestaan.” Al jaren proberen plantenwetenschappers over de hele wereld uit te vinden hoe planten zonlicht efficiënter kunnen gebruiken om te groeien. Als dat lukt dan zal de opbrengst van gewassen enorm verbeteren.
"Planten gebruiken meestal maar een paar procent van de zonne-energie die ze absorberen", zegt directeur David Kramer van het Jan IngenHousz Institute, dat op 1 oktober officieel van start is gegaan. “Verschillende processen in de plant beperken de fotosynthese onder verschillende omstandigheden en elk van deze processen wordt geregeld door verschillende sets genen. Al deze processen reageren van seconde tot seconde op fluctuaties in licht, temperatuur, vochtigheid, wind, voedingsstoffen en andere omgevingsfactoren. En dit kan allemaal verschillend zijn in andere gewassen."
De echte wereld als laboratorium
Onderzoekers willen erachter komen welk proces de fotosynthese beperkt onder praktijkomstandigheden in diverse gewassen. Dit is volgens Kramer een enorme uitdaging die moeilijk te realiseren is met traditionele wetenschappelijke benaderingen die in het laboratorium beginnen. “In plaats daarvan moeten we de echte wereld als laboratorium gebruiken. Eén van de eerste essentiële stappen is het ontwikkelen van geavanceerde fotosynthesesensoren en data science tools. Die kunnen continu en gedetailleerd registreren hoe fotosynthese reageert op veranderingen in de omstandigheden in vele duizenden planten. Met deze gegevens kunnen we bepalen welke processen onder specifieke omstandigheden beperkend zijn.”
Onderweg verwacht het Jan IngenHousz Institute fundamenteel nieuwe wetenschap te vinden over fotosynthese en hoe het in de echte wereld werkt. “Daaruit kunnen we afleiden of veranderingen in specifieke genen de prestaties waarschijnlijk zullen verbeteren. Vervolgens moeten we zowel de kennis als de sensoren naar veel plantenveredelaars en ingenieurs over de hele wereld brengen om nuttige veranderingen in gewassen op te nemen."
Wetenschappelijk platform
Volgens Kramer is het probleem te groot om door één laboratorium te worden opgelost. "We moeten vele anderen, die in verschillende disciplines en gewassen werken, in staat stellen om deel te nemen. Daarom bouwen we een open wetenschappelijk platform dat toegankelijk is voor een gemeenschap van honderden onderzoeksgroepen over de hele wereld." Het platform zal deze brede gemeenschap in staat stellen om fotosynthese op nieuwe manieren te meten in vele gewassen.
David Kramer en Martin Kropff kijken positief naar de toekomst. Als planten maar een klein beetje meer zonlicht omzetten in suikers, zal dat enorme gevolgen hebben voor de voedselproductie. Kropff: "We denken dat het haalbaar is. Dat zou goed nieuws zijn voor de Global South." Kramer voegt toe: "Het grote doel is om veredelaars in staat te stellen planten te maken die meer voedsel produceren en tegelijkertijd beter bestand zijn tegen klimaatverandering, zonder onevenredig gebruik van water of kunstmest."
“We zijn blij dat we iemand met het statuur van prof. David Kramer hebben kunnen aantrekken”, zegt Martin Kropff. “Hij heeft buitengewone kennis en ervaring op verschillende gebieden van fotosyntheseonderzoek.” Kramer: “We weten al veel over hoe fotosynthese werkt, maar er is nog onontgonnen gebied rond het verbeteren van de efficiëntie. Een prachtige kans voor nieuwe wetenschappelijke carrières."
Bron: WUR