Met zonlicht maken planten de bouwstoffen die ze nodig hebben om te groeien. Dat proces - fotosynthese - is de basis van het leven op aarde, de motor van de landbouw. ‘Als de fotosynthese twee keer zo hard gaat lopen, geven gewassen twee keer zoveel opbrengst’, zegt René Klein Lankhorst van de Wageningen Universiteit. En zal er, met hetzelfde landbouwareaal, voorlopig ruim voldoende plantaardig voedsel zijn om de wereldbevolking te voeden. Zover is het nog niet, maar in Wageningen worden hoopgevende stappen gezet.

Bij fotosynthese wordt zonlicht gebruikt om kooldioxide (CO2) om te zetten in suikers die dienen als energiebron en bouwmateriaal voor cellen. Dit proces speelt zich af in planten, algen en sommige bacteriën. Vergeleken met zonnepanelen draait fotosynthese in planten op een laag pitje. Vanwege de overvloed aan zonlicht is er nooit evolutionaire druk geweest om het systeem te verbeteren. ‘Gemiddeld zet een aardappel slechts 0,5 tot 1 procent van het zonlicht om in biomassa. De rest van het licht wordt niet gebruikt.’

Dat kan beter, zegt Klein Lankhorst. Uit eerder onderzoek is gebleken dat fotosynthese moet kunnen worden opgevoerd tot 4 of 5 procent van het zonlicht. ‘Dan heb je het over een opbrengst die vier of vijf keer zo groot is. Terwijl verdubbeling van de opbrengst al een oplossing zou bieden voor toekomstige voedselvoorziening en voor de groeiende vraag naar biomassa in een groene economie.’ Bestuursvoorzitter Louise Fresco van de Wageningen Universiteit spreekt van de heilige graal in de landbouwwetenschap.

Fotosynthese is een uiterst ingewikkeld proces, waarbij honderden genen zijn betrokken. Het zal jaren, zo niet decennia, duren voordat de rol van al deze genen volledig helder is en planten beter kunnen worden ‘opgevoerd’. In Wageningen voorlopig dus geen dubbeldikke bloemkool of mega-maïs. Er is wel een stevige basis gelegd voor verder onderzoek. ‘De meeste genen die betrokken zijn bij de fotosynthese zijn bekend’, zegt hoogleraar Mark Aarts. ‘Wat we nog niet weten is hoe het primaire proces van fotosynthese is ingebed in het metabolisme van de plant. Op welke genen we kunnen selecteren om de fotosynthese daadwerkelijk te kunnen verbeteren zonder andere belangrijke processen te verstoren.’

Aarts en collega’s doen onderzoek met een kruidachtig plantje, de zandraket. Alle genen van dit plantje zijn in kaart gebracht en de genoomsequenties (de volgorde van de dna-bouwstenen) zijn bekend. Bij diverse genotypes van de zandraket - verzameld in Europa, Azië en Afrika - wordt nauwkeurig gemeten hoe de fotosynthese verloopt bij verschillende lichtomstandigheden. Dat gebeurt in een kweekcel waar tientallen plantjes strak in het gelid staan en het licht dat op de groeiende blaadjes valt wordt gemanipuleerd.

Als de ‘heilige graal’ eenmaal is ontdekt kan het verbeteren van fotosynthese worden bereikt met de klassieke veredeling, maar ook met moderne biotechnologie. ‘Langs de weg van de gewone veredeling ben je waarschijnlijk tientallen jaren kwijt’, zegt Klein Lankhorst. ‘Het zal veel sneller gaan als sommige genetische veranderingen met biotechnologie worden aangebracht, bijvoorbeeld met de dna-techniek Crispr-Cas. Wij willen alle opties bekijken. We gaan de maatschappelijke discussie over genetische modificatie niet uit de weg.’

Wetenschappers van tientallen Europese universiteiten en andere academische instituten, waaronder de Wageningen Universiteit, hebben de handen ineengeslagen om expertise uit te wisselen en onderzoeksresultaten te combineren. Ze proberen voor het project Photosynthesis 2.0 geld te krijgen van de EU. Dat blijkt lastig. Het gaat om veel geld en er is weerstand tegen ingrijpend gebruik van biotechnologie bij gewassen. Klein Lankhorst: ‘Brussel is benauwd voor discussies over genetische modificatie. Bij het publiek ontbreekt nog het gevoel van urgentie. Terwijl werken aan fotosynthese de beste optie is om straks meer en gezond voedsel te kunnen produceren.’