Arroz (Oryza sativa L.) es el cultivo alimentario humano más importante en todo el mundo, sin embargo, el potencial de rendimiento del arroz debe aumentarse en al menos un 50% para 2050 para apoyar a la creciente población humana. Esto solo puede lograrse mediante mejoras en las tasas de producción de biomasa. La productividad del arroz podría mejorarse radicalmente mediante la introducción de propiedades fotosintéticas de C4. La fotosíntesis C4 se caracteriza por un mecanismo de concentración de CO2 que implica la coordinación del metabolismo en dos tipos de células, el mesófilo y la vaina del haz. Da como resultado la eliminación o reducción sustancial de la fotorrespiración y, en consecuencia, una mejora en la capacidad y el rendimiento cuántico de la fotosíntesis a altas temperaturas.

Una de las propiedades clave de C4 es una alta densidad de venas de las hojas, que se considera un requisito previo para la evolución del conjunto completo de rasgos C4 en las plantas. Se necesita una alta densidad de las venas de las hojas para garantizar la proporción óptima de mesófilo y células de la vaina del haz con un estrecho contacto que permita el rápido intercambio de fotosintatos. Esto se logra a través de la anatomía de 'Kranz' que normalmente muestra una capa simple o doble de células mesófilas que encierran células de la vaina del haz de forma concéntrica. Las células de la vaina del haz, a su vez, encierran el tejido vascular. Esta disposición permite que las células de la vaina del haz y las células del mesófilo ocupen volúmenes similares dentro de la hoja C4, mientras que el volumen total de células del mesófilo es mayor en la hoja C3.

Entonces, ¿cómo permites que el arroz lleve a cabo la fotosíntesis C4? Al utilizar la plasticidad de las plantas de arroz para introducir más venas en las hojas:

Aumento de la densidad de las venas de las hojas por mutagénesis: sentando las bases para el arroz C4. (2014) PLoS ONE 9(4): e94947. doi:10.1371/journal.pone.0094947
Una alta densidad de las venas de las hojas es una característica esencial de la fotosíntesis C4 y un rasgo fundamental para la evolución de C4, lo que garantiza la proporción y proximidad óptimas del mesófilo y las células de la vaina del haz para permitir el intercambio rápido de fotosintatos. Dos poblaciones de mutantes de arroz, una biblioteca de mutantes por deleción con un cv. Fondo IR64 (12,470 líneas) y una biblioteca de mutantes de inserción de T-DNA con un cv. El fondo de Tainung 67 (10,830 líneas) se evaluó en busca de aumentos en la densidad de las venas. Se desarrolló un método de alto rendimiento con microscopios portátiles y su precisión se vio respaldada por un análisis de microscopía más riguroso. Se identificaron ocho líneas con densidades de venas de hojas significativamente mayores para ser utilizadas como material genético para el Consorcio mundial de arroz C4. Se demostró que la población candidata incluía mutaciones compartidas e independientes y, por lo tanto, más de un gen controlaba el fenotipo de alta densidad de venas. Se encontró que el rasgo de alta densidad de venas estaba relacionado con un rasgo de ancho de hoja estrecho, pero el vínculo era incompleto. Se propuso utilizar el rasgo de ancho de hoja estrecho más robusto genéticamente como un marcador fenotípico confiable para encontrar variantes de alta densidad de vetas en el arroz en futuras pantallas.