Біологи вивели рослина з удосконаленим фотосинтезом

І людство, і практично все життя на Землі спирається на фотосинтез – проводиться рослинами, цианобактериями і деякими іншими організмами серію реакцій, в ході яких енергія сонячного світла використовується для синтезу органічних молекул з води і вуглекислого газу. Перший крок цього процесу – фіксація СО2 з атмосфери, і проводить його фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Рубиско), котрий каталізує взаємодію вуглекислого газу із пятиуглеродной молекулою цукру, з утворенням двох трехуглеродных молекул, які залучаються до подальший метаболізм.

Рубиско зустрічається в листі всіх рослин і вважається чи не найпоширенішим ферментом на планеті, – але далеко не найефективнішим. Білок «помиляється» і замість вуглекислого газу зв'язує кисень, що веде до появи не настільки важливих для клітини побічних продуктів, таких як фосфат гліколевої кислоти (ФГК). Ці молекули утилізуються, однак з труднощами і не завжди з потрібною швидкістю, а накопичуючись, вони здатні порушити нормальний перебіг фотосинтезу. У результаті знижується продуктивність рослини – наприклад, рис, за різними оцінками, міг би давати від 20 до 50 відсотків більше врожаю, якби Рубиско працював з більшою точністю.

Цим завданням і зайнялися вчені з групи професора Иллинойсского університету в Урбана-Шампейн Дональда Орта (Donald Ort). У статті, опублікованій в журналі Science, вони описують експерименти по заміщенню природних шляхів утилізації побічних продуктів реакції Рубиско з киснем новими, більш ефективними. В нормі вони вимагають цілих дев'яти реакцій, однак альтернативні варіанти дозволяють проводити потрібні перетворення за менше число кроків. Автори нової роботи зуміли укластися в два, використовуючи ферменти, гени яких були запозичені у гарбуза і одноклітинних водоростей і перетворюють ФГК в яблучну кислоту, яка легко утилізуються клітинами рослин.

Щоб оцінити ефективність нової системи метаболізму ФГК, Орт і його колеги внесли її (а також два альтернативних варіанти утилізації ФГК, запропонованих раніше) в геном тютюну. Рослини вирощували в теплицях, а вчені стежили за змінами в їх продуктивності. Виявилося, що раніше запропоновані варіанти «удосконалення» перших кроків фотосинтезу не дуже ефективні і дають максимум 15-відсотковий приріст сухої маси рослин. Однак новий, двоетапний шлях дозволив збільшити її в середньому на 25 відсотків, а в деяких випадках і на 40.

"Так само як Панамський канал став інженерним проектом, який дозволив підвищити ефективність торгових шляхів, поліпшення фотореспираторных шляхів – проект з області інженерії рослин, який дозволить суттєво підвищити ефективність фотосинтезу", – сказав, коментуючи роботу, Стівен Лонг (Stephen Long), глава досліджень RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency, "Реалізація фотосинтезу підвищеної продуктивності").

Цей масштабний міжнародний проект втілюється за підтримки державних і неурядових фондів, метою його є виведення нових сортів рослин, здатних до ефективнішого фотосинтезу. Досягнення вчених з Іллінойсу стало великим кроком на шляху до цієї мети: за словами Дональда Орта, додаткові калорії, які завдяки їх «вдосконалення» могли б дати рослини, дозволили б одним лише фермерам американського Середнього Заходу годувати на 200 млн осіб більше.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що виявлений новий вид фотосинтезу.

Хочете знати важливі та актуальні новини раніше за всіх? Підписуйтесь на сторінку Bigmir)net на Facebook: facebook.com/bigmir.net.

Категория: Технологии