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Más de 3.5 millones de personas dependen del arroz para sobrevivir y la producción futura debe aumentar para satisfacer la demanda de una población mundial en aumento frente al cambio climático. Se han realizado muchas investigaciones para aumentar los rendimientos de arroz en las décadas anteriores. Un enfoque de alto riesgo y alta recompensa ha sido adoptado por la C₄ Proyecto Arroz. Proponen mejorar la eficiencia fotosintética en el arroz mediante la ingeniería de su C actual₃-tipo de maquinaria fotosintética para incluir componentes funcionales de la C₄-tipo de vía. Esta vía es beneficiosa porque concentra CO₂ cerca del sitio de Rubisco, reduciendo así la magnitud de la fotorrespiración que desperdicia energía. Introducción de 'C₄' se predice que los rasgos en el arroz aumentarán la eficiencia fotosintética en un 50%, mejorarán la eficiencia del uso de nitrógeno y duplicarán la eficiencia del uso del agua.

In su nuevo papel, Bellasio y Farquhar utilizan un modelo bioquímico a nivel de hoja para simular la introducción de dos tipos de mecanismos de concentración de carbono, el 'C₂ lanzadera' y el mencionado C₄ complejo, en arroz. C₂ la fotosíntesis es un paso intermedio clave en la evolución de C₄ fotosíntesis. La C₂ El mecanismo limita ciertas reacciones del ciclo fotorrespiratorio a las células de la vaina del haz, elevando así el CO₂ en el sitio de Rubisco. Su modelo se derivó recientemente para permitir una transición perfecta entre todos los tipos fotosintéticos, excepto CAM, e incluyó submodelos de transporte de electrones, bioquímicos, estequiométricos y estomáticos.

Los autores encontraron que cuando se tomaron en cuenta los presupuestos de energía, C₄ la fotosíntesis fue desfavorable a alto CO₂ concentraciones, baja PPFD y bajas temperaturas, por lo que "proporciona apoyo teórico para décadas de observaciones ecofisiológicas". A pesar de la relativa simplicidad operativa, el compromiso de un C₂ La lanzadera siempre aumentó la tasa de asimilación, en relación con C₃. Los autores concluyen que el desarrollo de C₂ el arroz debe perseguirse no C₄ debido a las complejidades y compensaciones de implementar un C₄ ciclo.

El modelo utilizado en este documento está codificado en Excel y está disponible gratuitamente.