C3およびC4植物における工学的原虫酸代謝

二酸化炭素（CO2）は、気候条件の変化に貢献する主要な温室効果ガスであり、食物、エネルギー、環境の安全性に影響を与える壮大な課題です。光合成は、植物ベースのCO2還元において中心的な役割を果たします。CAM（Crassulacean酸代謝）光合成を行う植物は、C3またはC4光合成を実行するものよりもはるかに高い水使用効率を持っています。したがって、C3またはC4作物の工学CAMには、乾燥、半乾燥、放棄された、または限界の土地での食物/バイオマスの生産と炭素隔離を強化する大きな可能性があります。CAM Plant Genomics and Evolution Researchの最近の進歩は、植物バイオテクノロジーの新たな進歩とともに、C3/C4植物をCAM植物に変換するためのバイオエンジニアリングの強固な基盤を提供しています。ここでは、最初にCAM進化の現在の理解に基づいて、CAMエンジニアリングの潜在的な戦略について説明します。次に、C3およびC4植物のエンジニアリングCAMの技術的アプローチについて説明し、反復的な4段階のパイプラインに焦点を当てています。分子生物学、生化学、代謝、および生理学的アプローチの統合を通じて、エンジニアリング植物をテストし、（4）次のラウンドのCAMエンジニアリングを通知することを学ぶ。最後に、CAMエンジニアリングの可能性を完全に実現するための課題と将来の機会について説明します。

Carbon dioxide (CO2) is a major greenhouse gas contributing to changing climatic conditions, which is a grand challenge affecting the security of food, energy, and environment. Photosynthesis plays the central role in plant-based CO2 reduction. Plants performing CAM (crassulacean acid metabolism) photosynthesis have a much higher water use efficiency than those performing C3 or C4 photosynthesis. Therefore, there is a great potential for engineering CAM in C3 or C4 crops to enhance food/biomass production and carbon sequestration on arid, semiarid, abandoned, or marginal lands. Recent progresses in CAM plant genomics and evolution research, along with new advances in plant biotechnology, have provided a solid foundation for bioengineering to convert C3/C4 plants into CAM plants. Here, we first discuss the potential strategies for CAM engineering based on our current understanding of CAM evolution. Then we describe the technical approaches for engineering CAM in C3 and C4 plants, with a focus on an iterative four-step pipeline: (1) designing gene modules, (2) building the gene modules and transforming them into target plants, (3) testing the engineered plants through an integration of molecular biology, biochemistry, metabolism, and physiological approaches, and (4) learning to inform the next round of CAM engineering. Finally, we discuss the challenges and future opportunities for fully realizing the potential of CAM engineering.