Ученые из Иллинойского университета в Урбане-Шапейне (США) сумели создать растения с усовершенствованным фотосинтезом.
Об эксперименте сообщается встатье, опубликованной в журнале Sciencе.
Ускорение и упрощение ключевых шагов фотосинтеза позволило вырастить растения с повышенной продуктивностью.
Фотосинтез – это серия реакций, проводимая растениями, цианобактериями и некоторыми другими организмами, в ходе которых энергия солнечного света используется для синтеза органических молекул из воды и углекислого газа. Первый шаг указанного процесса – фиксация СО2 из атмосферы. Обеспечивает его фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Рубиско). Он встречается в листьях всех растений и считается самым распространенным ферментом на планете, но, в то же время, не самым эффективными. Так, Рубиско часто “ошибается” и вместо углекислого газа связывает кислород. Это приводит к появлению не столь важных для клетки побочных продуктов – например, таких как фосфат гликолевой кислоты (ФГК).
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Люди впервые вырастили салат в космосе
Указанные молекулы со временем утилизируются, однако с трудом и не всегда с нужной скоростью. Накапливаясь, они способны нарушить нормальное течение фотосинтеза, что приводит к снижению продуктивности растения.
Например, ученые подсчитали, что рис мог бы давать на 20-50 % больше урожая, если бы Рубиско работал с большей точностью.
Исследователи из Иллинойского университета решили найти выход из данной ситуации. Они, в частности, провели эксперименты по замещению естественных путей утилизации побочных продуктов реакции Рубиско с кислородом новыми, более эффективными. Обычно такой процесс утилизации требует целых девяти реакций, однако альтернативные варианты позволяют упростить его.
Так, исследователи сумели уложиться всего в два шага, используя ферменты, гены которых были позаимствованы у тыквы и одноклеточных водорослей и превращают ФГК в яблочную кислоту, которая легко утилизируется клетками растений.
Чтобы оценить эффективность своего открытия, исследователи внесли новую систему утилизации ФКГ в геном табака. Растения выращивали в теплицах. При этом ученые следили за их производительностью.
Как оказалось, новый, двухэтапный, путь усовершенствования фотосинтеза позволил увеличить производительность в среднем на 25 %, а в ряде случаев – на 40 %. “Так же как Панамский канал стал инженерным проектом, который позволил повысить эффективность торговых путей, улучшение фотореспираторных путей – проект из области инженерии растений, который позволит существенно повысить эффективность фотосинтеза”, – отметил исследователь Стивен Лонг (Stephen Long).
Исследования проводились при поддержке государственных и неправительственных фондов. Целью является выведение новых сортов растений, способных к более эффективному фотосинтезу.
Как отмечают ученые, дополнительные калории, которые благодаря “усовершенствованию” могли бы дать растения, позволили бы одним только фермерам американского Среднего Запада кормить на 200 млн человек больше.
Ученые из британских университетов Бирмингема и Ноттингема распознали механизм, который позволяет цветковым растениям ощущать и “запоминать” изменения в окружающей среде.
Исследователи из Вашингтонского университета создали из обычного комнатного цветка растение с ДНК кролика, которое очищает воздух в помещении.
