Ученые создали растения с усовершенствованным фотосинтезом
Ученые из Иллинойского университета в Урбане-Шапейне создали растения с усовершенствованным фотосинтезом. Как сообщает Naked science, ускорение и упрощение ключевых шагов фотосинтеза позволило вырастить растения с повышенной продуктивностью.
Отмечается, что фотосинтез - это серия реакций, которая проводится растениями, цианобактериями и некоторыми другими организмами, в ходе которых энергия солнечного света используется для синтеза органических молекул из воды и углекислого газа. Первый шаг этого процесса - фиксация СО2 из атмосферы, и проводит его фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Рубиско), который катализирует взаимодействие углекислого газа с пятиуглеродной молекулой сахара, с образованием двух трехуглеродных молекул, которые вовлекаются в дельнейший метаболизм.
Рубиско считается самым распространенным ферментом на планете, но не самым эффективными, поскольку часто "ошибается" и вместо углекислого газа связывает кислород, что приводит к появлению не столь важных для клетки побочных продуктов (ФКГ). Молекулы со временем утилизируются, но этот процесс не всегда проходит с нужной скоростью, из-за чего они способны нарушить нормальное течение фотосинтеза, что приводит к снижению продуктивности растения. Например, исследователи подсчитали, что рис мог бы давать на 20-50% больше урожая, если бы Рубиско работал с большей точностью.
Теперь же исследователи описали эксперименты по замещению естественных путей утилизации побочных продуктов реакции Рубиско с кислородом новыми, более эффективными. В норме они требуют целых девяти реакций, однако альтернативные варианты позволяют проводить нужные превращения за меньшее число шагов. Авторы новой работы сумели уложиться всего в два, используя ферменты, гены которых были позаимствованы у тыквы и одноклеточных водорослей и превращают ФГК в яблочную кислоту, которая легко утилизируется клетками растений.
Исследователи внесли новую систему утилизации ФКГ в геном табака. Растения выращивали в теплицах, а ученые следили за их производительностью. В результате оказалось, что новый, двухэтапный, путь усовершенствования фотосинтеза позволил увеличить производительность в среднем на 25%, а в некоторых случаях - на 40%.
