Free Press

Bevezetés

Hogy a 2050-re várhatóan 9 milliárd főt elérő (http://www.unpopulation.org) világnépesség megfelelő élelmiszerrel és táplálékkal rendelkezzen, a rizs hozamát legalább 60%-kal kell növelni (FAO 2009). A rizs a világ népességének több mint felének alapélelmiszere, és ez a rizst fogyasztó népesség évente 1,098%-kal növekszik (http://esa.un.org/wpp/Excel-Data/population.htm). A népesség növekedése nagyobb igényt jelent az élelmiszer, a víz és a föld iránt, miközben a mezőgazdaság természeti erőforrás-alapja degradálódik, mivel nagy mezőgazdasági területeket vonnak el az élelmiszertermelésből az iparosítás és a bioüzemanyag-termelés irányába. A kiszámíthatatlan éghajlatváltozás azzal fenyeget, hogy az aszályok és árvizek gyakoribbá válása miatt tovább csökken a mezőgazdaságilag hasznosítható földterület (http://www.fao.org/docrep/017/aq191e/aq191e.pdf). Mivel a növekvő népesség és a globális éghajlatváltozás egyre nagyobb nyomást gyakorol a világ élelmiszerellátására, elengedhetetlen, hogy a népesség növekedésével lépést tartva tovább javítsuk a gabonafélék termelékenységét. A zöld forradalom időszakában létrehozott növénytípusok által biztosított termelékenységnövekedés támogatta a két világháborút követő népességrobbanást. Azóta a javított fajták és a fejlett technológiák alkalmazása ellenére a mai rizsfajták terméspotenciálja csak kis mértékben javult, ami azt jelzi, hogy ezek a fajták elérték a termésmennyiség plafonját (Akita 1994). Nemrégiben kísérletet tettek a rizs terméspotenciáljának növelésére egy hatékony C4 típusú fotoszintézis rizsbe való beépítésével (Kajala et al. 2011). Ehhez a levelek anatómiáját és biokémiai folyamatait szabályozó gének egy sorát kell beilleszteni a rizsbe és megfelelő módon kifejezni, ami jelenleg nem lehetséges kizárólag a hagyományos növénynemesítési technikákkal. Ezért a rizs fotoszintetikus útvonalának javítását célzó géntechnológia elegendő lehetőséget biztosítana a tényleges szemtermékenység és a terméspotenciál növelésére. A géntechnológia hatékony és precíz nemesítési eszközt biztosít, amelyben csak az érdeklődésre számot tartó gének vihetők be még távoli rokon fajokból is.

A C3-as növényekben, mint a rizs, a CO2-t a ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz oxigenáz (Rubisco) fotoszintetikus enzim asszimilálja 3 szénatomos vegyületté. Amint a neve is mutatja, a Rubisco katalizálja a ribulóz-1, 5-biszfoszfát (RuBP) oxidációját is egy pazarló folyamat, az úgynevezett fotorespiráció során, amely a korábban megkötött szén akár 25%-át is elveszítheti (Sage 2004). A világ trópusi rizstermő területeire jellemző 30 °C feletti hőmérsékleten az oxigénszaporulat mértéke jelentősen megnő, és ez jelentősen, akár 40%-kal csökkenti a C3 növények fotoszintetikus hatékonyságát (Ehleringer és Monson 1993). Így a rizs fotoszintézise a trópusokon és a meleg mérsékelt égövi területeken hatástalanná válik. A levelükben CO2-koncentráló mechanizmussal rendelkező C4-es növényeknél a fotorespiráció szintje nagyon lecsökkent, és így a forró, száraz környezetben való boldogulásra fejlődtek ki, és értékes ismereteket nyújtanak a növénytermesztési stratégiák javításához. A C4 fotoszintézis mechanizmussal rendelkező rizs növelné a fotoszintézis hatékonyságát, miközben hatékonyabban használná a szűkös erőforrásokat, mint például a földet, a vizet és a műtrágyát, különösen a nitrogént (Hibberd et al. 2008). Mivel magas hőmérsékleten is jól teljesít, valamint kevesebb vizet és nitrogént igényel, a C4 típusú rizs előnyös lenne a különböző rizses ökoszisztémák számára, beleértve a marginális földeket is.

A C4 típusú fotoszintézis egyike a növények által a légköri CO2 megkötésére alkalmazott háromféle biokémiai mechanizmusnak, a többi a C3 és a krassav-metabolizmus (CAM) útvonal. A C4 fotoszintézis több mint 66 alkalommal fejlődött ki egymástól függetlenül (Sage et al. 2012) legalább 19 családban az angiospermák evolúciója során a C3 ősökből (Muhaidat et al. 2007), és a sejtstruktúrák, a biokémia és ezáltal a levelek fejlődésének változásaival jár. A fotoszintézisnek ez az erősen specializált formája lényegében egy CO2-koncentráló mechanizmust alakított ki a Rubisco enzim körül, így kiküszöbölve a Rubisco oxigenáz funkcióját, ezáltal csökkentve a fotorespiráció okozta energiapazarlást (Douce és Heldt 2000). A C4 fajokból származó Rubisco a karboxilálás szempontjából hatékonyabb, mint a C3 fajoké (Kubien et al. 2008). A C4 rendszer további kapcsolódó előnyei közé tartozik a magasabb vízfelhasználási hatékonyság, mivel a CO2-diffúzióhoz meredekebb koncentrációgradiens tartható fenn a részben zárt sztómákon keresztül, a magasabb sugárzásfelhasználási hatékonyság, mivel a C4 fotoszintézis hatékonysága nem telítődik nagy fényintenzitás mellett (Rizal et al. 2012), valamint a magasabb nitrogénfelhasználási hatékonyság, mivel kevesebb Rubisco-ra és ezáltal kevesebb nitrogénre lesz szükség.

A C4 növények potenciálisan termelékenyebbek a rizsre jellemző magasabb hőmérsékleten. E hatékonyabb fotoszintetikus rendszer kihasználása érdekében egy olyan időszakban, amikor a népesség és az élelmiszerárak az egekbe szöknek, a kukoricában található C4-es mechanizmus rizsbe való beillesztésére irányuló erőfeszítések történnek (Rizal et al. 2012). A rizs fotoszintézis rendszerének módosítására irányuló újszerű megközelítés kihívást jelentő és hosszú távú törekvés, mivel a C4 útvonal nagyon összetett, és a mechanizmust irányító számos tényező még mindig ismeretlen. Ezért különböző tudományágakban – géntechnológia, biokémia, bioinformatika, molekuláris biológia, fotoszintézis, rendszerbiológia, fiziológia, növénynemesítés, metabolizmus stb. Ugyanezek érdekében fogalmazták meg és hozták létre a C4 rizs konzorciumot, amely 2009 óta megkezdte a C4 rizsszerkesztés gyakorlati munkáját (http://photosynthome.irri.org/C4rice/). Ez az áttekintés a C4 rizs fejlesztésének követelményeiről és a géntechnológia területén elért eredményekről ad naprakész tájékoztatást. A C3 fajokból a C4 evolúciójának és a kapcsolódó változásoknak a tanulmányozása alapján a következő módosítások elengedhetetlenek ahhoz, hogy a rizsben működőképes C4 fotoszintetikus útvonalat hozzunk létre.

Növeljük a kloroplasztiszok számát és méretét a rizs köteghüvelysejtjeiben

A rizsben az összes kloroplasztisz több mint 90%-a a levél mezofill sejtjeiben (MC) található (Yoshimura et al. 2004); míg a C4 növényekben mind az MC-k, mind a köteghüvelysejtek (BSC) azonos számú kloroplasztissal rendelkeznek (1A és B ábra). Ennek az az oka, hogy a C3 növényekben a fotoszintézis teljes folyamata az MC-ben zajlik, a C4 növényekben viszont a fotoszintézis folyamata az MC és a BSC között kompartmentálódik. Az MC-k végzik az első CO2-fixálást, amelynek során oxalacetát nevű 4 szénatomos vegyület keletkezik, amely C4 savakká, például maláttá alakul, amelyek a BSC-kbe kerülnek, lehetővé téve ezáltal a CO2 szénhidráttá történő hatékony asszimilációját a Calvin-ciklus révén a BSC-kben. Ezért a C3 növényekkel ellentétben a C4 növények BSC-jei fotoszintetikus funkciókkal rendelkeznek, mint például a C4 vegyület dekarboxilálása és a Calvin-ciklus folyamata. Ezen folyamatok elvégzéséhez a C4 növényekben a BSC-k megnagyobbodtak és több kloroplasztiszuk van, ezáltal a BSC-k kifejezettebbek és fotoszintetikusan aktívabbak. A C3 fajok BSC-jei a hidraulikus nyomás kiegyenlítésére szolgálnak, megakadályozzák a levegő bejutását a sejtközötti terekből a xilémába, víztartalékot biztosítanak a transzspiráció okozta veszteségek pufferelésére, lehetővé teszik az ereket érő nagyobb intenzitású fény bejutását és eloszlását a levélbe (Nikolopoulos et al. 2002). A C3 növények BSC-jének további funkciói közé tartozik a nitrogén, kén és szénhidrát szállítása, valamint a jelátviteli útvonalakban betöltött szerepe, amelyet részletesen áttekintett (Leegood 2008). A C4 fajoknál a BSC-k és az MC-k a fotoszintézis kétlépcsős változatában működnek együtt. Ennek eredményeként a BSC-k és MC-k közötti közvetlen kapcsolat biztosítása érdekében a C4-es növények különleges levélanatómiával rendelkeznek, amelyet a kloroplasztiszok BSC-kben való elszaporodása kísér. A C4-es útvonal rizsbe való bevezetéséhez több fotoszintetizáló kloroplasztiszra van szükség a BSC-kben, mint amennyivel a rizs jelenleg rendelkezik. Ezt a kloroplasztiszok fejlődéséhez szükséges genetikai elemek, például a Golden2-szerű (GLK) gének sejtspecifikus módon történő túlterjesztésével lehetne elérni, olyan C4 gén promóterek használatával, mint a Zea mays foszfenol-piruvát-karboxiláz (PEPC) a MC-specifikus expresszióhoz és a Zoysia japonica foszfenol-piruvát-karboxikináz (PCK) promótere a BSC-specifikus expresszióhoz a rizs leveleiben (Matsuoka et al. 1994; Nomura et al. 2005).

Az arany2-szerű (GLK) géncsalád tagjai olyan nukleáris transzkripciós faktorokat kódolnak, amelyek az Arabidopsis, a Zea mays és a Physcomitrella patens mohában a kloroplasztiszok fejlődését szabályozzák (Rossini et al. 2001). Mindegyik fajban a GLK gének homológ párként, GLK1 és GLK2 néven léteznek (Waters et al. 2009). A mohában és az Arabidopsisban a GLK gének redundánsak és funkcionálisan egyenértékűek, míg a kukoricában és a cirokban a GLK gének sejttípus-specifikus módon irányítják a dimorf kloroplasztiszok fejlődését (Waters et al. 2008; Wang et al. 2013a). Kukoricában a Golden2 (G2) és homológja, a ZmGLK1 transzkriptumai elsősorban a BS és M sejtekben halmozódnak fel, ami arra utal, hogy az egyes géneknek specifikus szerepe van a dimorf kloroplasztiszok differenciálódásának szabályozásában (Wang et al. 2013a).

csökkentik az erezettávolságot, ezáltal növelik az erezettávolságot a levélben

A C3 fajoknál a fotoszintézis az MC-kben zajlik. Az egymást követő erek közötti MC-k nagy száma (1A ábra) messzire tolja az ereket egymástól, így növelve az erezettávolságot vagy csökkentve az erezet sűrűségét. A rizs levelein kevesebb, mint 6 erecske van mm-enként (2A ábra), a Setaria viridis és a cirok (mindkettő tipikus C4 faj) több, mint 7 erecske van mm-enként (2B és C ábra). A C4 levelek átlagosan 2 MC-vel rendelkeznek az erek között (1B. ábra). A C4 növények leveleinek nagyobb erezettségi sűrűsége az M és BS szövetek térfogatának közel egy az egyhez arányát eredményezi. A C4-es levelek belső anatómiája gyakran a véna-BS-M-M-M-BS-véna ismétlődő mintázatából áll. Az MC-kkel körülvett BSC-k koszorúszerű struktúrát alkotnak; a levél anatómiájának ezt a típusát G. Haberlandt német botanikus “Kranz-anatómiának” nevezte el. A C4 BSC-k sűrű citoplazmával rendelkeznek, és nagyszámú kloroplasztisz van bennük (1B. ábra). A C4 útvonal hatékony működéséhez elengedhetetlen az M és BS sejtek közötti szoros kapcsolat, és ezek nagyszámú plazmodeszmával szorosan összekapcsolódnak egymással Dengler és (Nelson 1999). A Kranz-anatómia kis eltéréssel megtalálható szinte az összes egyszikű és kétszikű vonalban, amelyek a C4 fotoszintetikus útvonal kétsejtes módját használják. A levél anatómiájával és morfológiájával kapcsolatos vizsgálatok számos olyan gént tártak fel, amelyek a levelek sejtjeinek növekedéséért, fejlődéséért vagy deformitásáért felelősek. Az ACAULIS1 gén a levélsejtek megnyúlásáért volt felelős (Tsukaya és mtsai. 1993). A CURLEY LEAF (CLF) gén mutációja göndör leveleket eredményezett Arabidopsisban (Kim és mtsai. 1998). A szabad érvégződések növekedését, a nyílt erezettségi mintázatot és a lekerekített levélszerkezetet a rotunda 1 (RON1) okozta (Robles és mtsai. 2010). A Scarecrow gén mutációja kukoricában a BSC-k számának növekedését, a BS kloroplasztisz szokatlan differenciálódását, a mellékerek csökkenését és az erezet sűrűségének megváltozását mutatta (Slewinski és mtsai. 2012). Ezek az egyes gének mutációja által okozott abnormális vénamintázattal kapcsolatos vizsgálatok némi támpontot adnak a Kranz-anatómia szabályozásának módjára vonatkozóan, és több útvonal részvételére utalnak a Kranz-mintázat kialakulásában. A SCARECROW/SHORTROOT szabályozó hálózatról megállapították, hogy a Kranz-anatómia mintázódásához szükséges egyik fontos komponens, mivel a mutálódott Scarecrow génnel rendelkező C3 növények levelei normálisak voltak, míg a C4 növényekben ugyanezen gén mutációja károsította a Kranz-anatómiát (Slewinski et al. 2012; Wang et al. 2013b). Nemrégiben kimutatták, hogy a kukorica kromoszómák zabba történő bevitele növelni tudta a BSC méretét és csökkentette az erezettávolságot a C3-as zablevelekben, ami azt mutatja, hogy a C3-as levél anatómiája módosítható (Tolley et al. 2012). Ezen túlmenően nagy erőfeszítéseket tettek a megnövelt erezettávolságú cirok (C4) mutánsok és a csökkentett erezettávolságú rizs (C3) mutánsok szűrésére, hogy azonosítani lehessen az erezettávolság tulajdonságát irányító géneket (Rizal et al. 2012).

A Calvin-ciklus aktivitása jelentősen csökken a MC-ben és jelentősen fokozódik a rizs BSC-jében

A C4-es fotoszintézist egy biokémiai CO2-pumpáló mechanizmus jellemzi, amely megemeli a CO2 koncentrációját a Rubisco helyén. A Rubisco körüli magas CO2-szint csökkenti a fotorespiráció sebességét és növeli a nettó CO2-asszimilációt, ami Weber és von (Caemmerer 2010) nagy hatékonyságú fotoszintézist eredményez. Ennek érdekében a C4-ben a CO2-asszimiláció két sejttípusra, az MC-kre és a BSC-kre oszlik meg (3. ábra). Ezért a C4 szénmegkötés a sejtspecifikus génexpressziótól és lokalizációtól függ. A szomszédos fotoszintetikusan aktív BS és M sejtek kölcsönhatásba lépnek egymással a Rubisco-katalizált O2-fixálás megszüntetése érdekében. A kétsejtes C4 típusú növényekben a CO2-t először a foszfenol-piruvát-karboxiláz (PEPC, EC 4.1.1.31) nevű O2-érzékeny karboxiláz rögzíti az MC-kben oxalacetátnak nevezett C4 savvá. Az oxalacetát ezután maláttá vagy aszpartáttá alakul, és a BSC-kbe szállítják, ahol dekarboxilálódik, és a CO2 felszabadul. Ezt a CO2-t a Rubisco újra fixálja, és a Calvin-ciklus minden további tevékenysége a BSC-k kloroplasztiszában zajlik (Nelson és Langdale 1989). Következésképpen ahhoz, hogy működőképes C4 rizs legyen, a Rubisco aktivitását nagymértékben csökkenteni kell az MC-kben és növelni a BSC-kben, ami a Calvin-ciklust a rizs BSC-kre korlátozza, mint egy C4 rendszerben. Másrészt bizonyos C4 enzimeket kódoló géneknek, mint például a β-karbonátanhidráz (CA) és a PEPC, túl kell fejeződniük a rizs MC-k citoszoljában annak érdekében, hogy megkönnyítsék az elsődleges CO2-fixálást, hogy a CO2 koncentrálódhasson és a BSC-kben a Rubisco-hoz jusson. A C4-ciklus a metabolitoknak az MC és a BSC kloroplasztisz burkolómembránján és plazmalemmáján keresztül történő kiterjedt szállítását is magában foglalja (3. ábra). Így az alapvető C4 enzimek, nevezetesen a CA, a PEPC, a piruvát-ortofoszfát (Pi) dikináz (PPDK, EC 2.7.9.1), a NADP-függő malát-dehidrogenáz (NADP-MDH, EC 1.1.1.1.82) és a NADP-függő malázenzim (NADP-ME, EC 1.1.1.1.40), a C4 útvonalhoz az oxalacetát, a malát, a trióz-foszfát és a piruvát metabolit-transzporterek beillesztése is szükséges a rizsbe, hogy a C4-ciklus köztes termékei számára nagyobb transzportkapacitást biztosítsanak, hogy a Calvin-ciklus hatékonyan működhessen a BSC-kben (Weber és von Caemmerer 2010).

A mezofill sejtekben a fotorespirációt nagymértékben csökkenteni kell

A C3 növényekben a szénmegkötés és a Calvin-ciklus az MC-kben zajlik. A szénmegkötés során a ribulóz-1,5-biszfoszfát (RuBP) – egy öt szénatomos vegyület, amelyet a ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz oxigenáz enzim (Rubisco, EC.4.1.1.39) katalizál, CO2-val reagálva két molekula 3 szénatomos vegyületet, a 3-foszfoglicerátot (3-PGA) képez. A Calvin-cikluson belül a két PGA-molekula egy energiában gazdag cukormolekulát (trióz-foszfát) képez, és regenerálja a RuBP-t a következő ciklushoz. A jelenlegi légköri CO2-koncentráció (kb. 400 ppm) mellett a Rubisco katalizálja a RuBP és az O2 közötti reakciót is, amelynek eredményeként egy-egy molekula 2-foszfoglikolát és 3-PGA keletkezik (Peterhansel és Maurino 2011). A 2-foszfoglikolátot a fotorespirációnak nevezett folyamat révén vissza kell alakítani 3-PGA-vá, amely egy sor biokémiai reakciót foglal magában. E folyamat során a korábban rögzített szén és nitrogén elvesztése következik be, és plusz energiát is fel kell használni (Sharpe és Offermann 2013).

C4 növények olyan mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek korlátozzák a Rubisco lokalizációját és aktivitását a BSC-kben. Az MC-k térben megakadályozzák a BSC-kben lévő Rubisco és az intercelluláris terekben lévő O2 közötti kapcsolatot, így megakadályozzák az energiaveszteséget a fotorespiráción keresztül. A fotorespiráció C4 növények általi kiküszöbölését bizonyítja a nagyon alacsony CO2-kompenzációs pontjuk, amely közel nulla, és a folyamatosan magas karboxilációs hatékonyságuk (CE), amely nem reagál az O2-koncentráció változásaira (4. ábra). Ezzel szemben a C3 növényeknél az O2-koncentráció 21%-ról 2%-ra történő változásával a kompenzációs pont jelentősen, 55 ppm-ről 30 ppm-re csökkent (1. táblázat). A 4. ábrán a CE-t a (Li et al. 2009) szerint számoltuk ki, ami azt mutatta, hogy a cirok CE-je nem változott szignifikánsan az O2-szint változásával, de a rizs esetében a CE rendkívül szignifikánsan javult, amikor az O2-szint 21-ről 2%-ra csökkent (4. ábra és 1. táblázat). A CE növekedése a cirok esetében mindössze 6,1% volt, míg a rizs esetében 41,5%, amikor a sejtek közötti O2-koncentráció 2%-ra csökkent (1. táblázat). Ezek az adatok azt mutatják, hogy nagy lehetőség van a rizs fotoszintetikus kapacitásának növelésére a fotorespiráció csökkentésével, ami viszont jelentősen növelné a terméshozamot. A fotorespiráció csökkentésének egyik módja az MC-ben a glicindekarboxiláz (GDC) fehérje csökkentése az MC-ben és a BSC-ben való felhalmozódásának korlátozása, hogy a glicin dekarboxilációja kizárólag a BSC-ben történjen, ezáltal magasabb CO2-koncentrációt generálva a BSC-ben, hasonlóan a C3-C4 intermedierekhez (Monson és Rawsthorne 2000). A C4 rizs konzorcium ezt a megközelítést teszteli a rizs GDC-H alegysége ellen tervezett mesterséges mikroRNS használatával, amelyet a ZmPEPC promóter vezérel (Kajala et al. 2011). Egy ilyen biokémiai mechanizmus megköveteli a BSC-k sejtszintű specializációját, amely magában foglalja a kloroplasztiszok és a mitokondriumok számának növekedését, gazdagítva a rizs BSC-k organellatartalmát, hogy segítse a glicin GDC általi dekarboxilációja során felszabaduló CO2 visszaszerzését (Ueno 2011). Egy másik megközelítés, amellyel sikeresen sikerült a fotorespiráció által felszabaduló CO2-t a fotoszintézis helyére befogni, az Escherichia coli glikolát katabolikus útvonalának az Arabidopsis thaliana kloroplasztiszaira történő átvitele, amelyben a kloroplasztiszban lévő glikolátot közvetlenül gliceráttá alakították át (Kebeish et al. 2007). Ez a stratégia, amely csökkentette a fotorespirációt és fokozta a fotoszintézist az Arabidopsisban, öt kloroplasztisz célzott bakteriális glikolát-dehidrogenázt, glioxilát-karboligázt és tartronsemialdehid-reduktázt kódoló baktériumgénnel történő fokozatos nukleáris transzformációt jelentett, más C3-as növényekre, például rizsre is alkalmazható, azonban a bakteriális gének használata nem feltétlenül előnyös a C4-es rizs mérnöki tervezésénél.

C4 útvonal beépítése a rizsbe

Az egysejtű C4 rendszer gyorsabban telepíthető C3 növényekbe. Vannak kísérletek az egysejtű C4 fotoszintézis rendszer rizsbe történő tervezésére is (Miyao et al. 2011). Az egysejtű C4-szerű útvonal bevezetése érdekében, amelyben az MC a Hydrilla verticillata (L.f) Royle-ban lejátszódó módon CO2 megkötésére és felszabadítására készül, az útvonalban részt vevő négy enzimet (PEPC, PPDK, NADP-MDH és NADP-ME) túltermelték a transzgenikus rizs leveleiben (Ku et al. 1999; Fukayama et al. 2001; Tsuchida et al. 2001; Taniguchi et al. 2008). Néhány a felmerült főbb problémák közül, amelyekkel foglalkozni kell ahhoz, hogy egy egysejtű C4-szerű útvonal jöjjön létre a rizsben: a PEP kloroplasztiszburkon keresztüli transzportaktivitását elősegítő mechanizmus, az OAA kloroplasztiszba történő behozatala és a NADP-ME reakció iránya, a NADP-MDH bevonása, az endogén PEPC jelenléte a rizs MC kloroplasztiszán belül és a NADP-MDH aktivitás további emelése szükségesnek bizonyult (Miyao et al. 2011). A Chenopodiaceae családba tartozó szárazföldi egysejtű C4 fajok, mint a Bienertia cycloptera, B. sinuspersici és Suaeda aralocaspica szintén igénylik a szénasszimiláció és dekarboxiláció térbeli kompartmentalizációját (Chuong et al. 2006). Ezek a fajok dimorf kloroplasztiszokkal rendelkeznek ezekben a kompartmentekben. A korábbi kísérletek hiábavaló ciklust eredményeztek, ami az anatómiai változás elmaradásának, a megfelelő transzporterek hiányának volt köszönhető, és a rizsbe transzformált kukorica gének nem megfelelően, sejtspecifikusan fejeződtek ki, és nem úgy szabályozódtak, mint a kukoricában, hanem úgy, mint a rizs endogén C3 izoformái (Miyao et al. 2011).

A fotoszintetikus útvonal C3-ról C4-re történő átalakítása érdekében két évtized alatt, ami a természetben évmilliókat vett igénybe, a C4 rizs konzorcium megkezdte a már ismert gének egyidejű felfedezését és rizsbe történő beépítését azzal a céllal, hogy Kranz-típusú anatómiával rendelkező C4 rizst hozzon létre. A C4 géneket, mint például a CA, PEPC, PPDK, NADP-ME és NADP-MDH géneket kukoricából klónozták és rizsbe transzformálták. A C4 metabolikus útvonalakban túlzottan kifejeződő transzportereket is, mint a 2-oxoglutarát/malát transzporter (OMT1), dikarboxilát transzporter1 (DiT1), dikarboxilát transzporter2 (DiT2), PEP/foszfát transzporter (PPT1), mezofill burkoló fehérje (MEP) és trióz-foszfát-foszfát transzlokátor (TPT), amelyeket nemrég azonosítottak a kukorica BS és MS sejtek proteomikai vizsgálatával (Friso et al. 2010) rizsbe transzformálták (3. ábra). A C4 rizs konzorcium tagjai a Kranz-anatómiával kapcsolatos új gének felfedezésében is részt vesznek (Wang et al. 2013b). A tesztelést követően a Kranz-anatómiát irányító ígéretes jelölt géneket a C4 biokémiai útvonal génjeivel módosított rizsnövényekbe is be fogják vinni.