Навукоўцы патч фотасінтэзу глюк для росту раслін на 40 адсоткаў больш

Раян Уітвам

Увесь кісларод, які вам падабаецца дыхаць, не проста чароўна з'яўляецца ў атмасферы. Зямля добрая, таму што расліны па ўсім зямным шары выпампоўваюць кісларод як пабочны прадукт фотасінтэзу, а некаторыя з іх становяцца дадаткова ўраджайнымі харчовымі культурамі. Аднак фотасінтэз не з'яўляецца дасканалым, нягледзячы на ​​многія эпохі ўдасканалення эвалюцыі. Навукоўцы з Ілінойскага ўніверсітэта працавалі над тым, каб выправіць недахоп у фотасінтэзе, і гэта можа палепшыць ураджайнасць на цэлых 40 працэнтаў.

У аснове новага даследавання ляжыць працэс у раслінах, які называецца фотарэспірацыя, і гэта не столькі частка фотасінтэзу, колькі яго наступства. Як і ў многіх біялагічных працэсах, фотасінтэз не працуе правільна ў 100 адсоткаў часу. На самай справе адна з асноўных рэакцый на фотасінтэз - толькі каля 75 адсоткаў. Змена адбываецца ў працэсе, які заводы ажыццяўляюць з-за гэтай неэфектыўнасці.

Пры фотасінтэзе расліны бяруць ваду і вуглякіслы газ і апрацоўваюць яе, каб стварыць цукар (ежу) і кісларод. Раслінам не патрэбны кісларод, таму яго высылаюць. На шчасце, нам патрэбны кісларод, і мы выдыхаем вуглякіслы газ.

У новым даследаванні ўзнікае праблема з ферментам пад назвай рыбулоза-1,5-бісфасфат карбоксілаза-кісларод (RuBisCO). Гэты бялковы комплекс прымацоўвае малекулу вуглякіслага газу да рыбулозе-1,5-бісфасфату (RuBP). На працягу стагоддзяў атмасфера Зямлі стала больш кіслародам, і гэта азначае, што RuBisCO павінен спраўляцца з вялікай колькасцю малекул кіслароду, змешаных з вуглякіслым газам. Каля чвэрці часу RuBisCO памылкова захоплівае малекулу кіслароду, што выклікае наступствы ўнутры расліны.

Навукоўцы Дон Орт (справа), Пол Саўт (у цэнтры) і Аманда Кавана (злева) вывучаюць, наколькі добра іх расліны, мадыфікаваныя для абыходу фотарэспірацыі, працуюць побач з немадыфікаванымі раслінамі ў рэальных умовах.

Калі RuBisCO закручваецца, у раслін застаюцца таксічныя пабочныя прадукты, такія як гліколат і аміяк. Для апрацоўкі гэтых злучэнняў патрабуецца энергія (праз фотарэспірацыю), якая дадаецца да страты энергіі ад неэфектыўнасці фотасінтэзу. Аўтары даследавання адзначаюць, што рыс, пшаніца і соя пакутуюць ад гэтага збою, а RuBisCO становіцца яшчэ менш дакладным па меры павышэння тэмпературы. Гэта азначае, што пастаўкі прадуктаў харчавання могуць знізіцца, калі глабальнае пацяпленне стане больш сур'ёзным.

Выпраўленне ўваходзіць у праграму пад назвай "Рэалізацыя павышанай эфектыўнасці фотасінтэзу (RIPE)", і яна абапіраецца на ўвядзенне новых генаў, якія паляпшаюць рост. Звычайна фотарэспірацыя праходзіць па ланцугу і складаным шляхам праз тры розныя клеткавыя арганэлы. Ён спажывае АТФ (энергетычную валюту клетак), што павінна стаць раслінай больш і мацней. RIPE сканцэнтравана на тым, каб зрабіць фотаздыманне больш хуткім і энергаэфектыўным.

Каманда распрацавала тры альтэрнатыўныя шляху з выкарыстаннем новых генетычных паслядоўнасцей. Яны аптымізавалі гэтыя шляху па 1700 розных заводаў, каб вызначыць найлепшыя падыходы. На працягу двух гадоў даследчыкі правяралі паслядоўнасці з выкарыстаннем мадыфікаваных раслін тытуню. Гэта звычайная расліна ў навуцы, таму што яго геном выключна добра вывучаны.

Гэтыя заводы вырабляюць прыблізна на 40 адсоткаў больш біямасы, чым немадыфікаваныя. Гэта сведчыць аб тым, што больш эфектыўныя шляхі фотаздымання эканоміць расліне значную энергію, якая можа ісці ў бок росту. Наступным этапам з'яўляецца ўключэнне генаў у харчовыя культуры, такія як соя, віна, рыс і памідоры.

Можа спатрэбіцца некалькі гадоў, каб інтэграцыя перагледжаных генаў фотарэспірацыі ў харчовыя культуры, якія складаней, чым тытунь. У выніку атрыманыя расліны павінны быць зацверджаны для спажывання чалавекам рэгулятарамі - гэта не простае подзвіг само па сабе, і часта сустракаецца антынавуковае супрацьдзеянне генетычна мадыфікаваным культурам. RISE падтрымліваецца некамерцыйнымі арганізацыямі ва ўсім свеце, у тым ліку Фондам Біла і Мелінда Гейтс. Любыя насенне, распрацаваныя ў рамках RISE, будуць даступныя бясплатна.

Цяпер чытайце:

  • Навукоўцы высвятляюць, як падправіць геномы раслін, каб узмацніць фотасінтэз
  • Экіпаж Міжнароднай касмічнай станцыі з'ядае першы ў свеце салата, вырашчаны ў космасе
  • Новая біятэхналагічная пшаніца дае грыбам палец, не дадаючы новых генаў
  • Новая біятэхналагічная пшаніца дае грыбам палец, не дадаючы новых генаў

Першапачаткова апублікавана на www.extremetech.com 7 студзеня 2019 года.