Ученые создали растения с развитым фотосинтезом

Ученые создали растения с развитым фотосинтезом

Крупный прогресс в области генной инженерии упростил сложную и энергоемкую операцию, которую большинство растений должно выполнять в процессе фотосинтеза. Такое упрощение и ускорение ключевых этапов фотосинтеза позволяет выращивать растения с повышенной урожайностью, сообщает Science News.

Во время полевых испытаний генетически модифицированный табак увеличил рост более чем на 40%. Если аналогичные результаты будут достигнуты в других культурах, это может помочь удовлетворить растущие потребности в пище растущего населения во всем мире, пишут исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Чапейне в статье, опубликованной в журнале Science. Новости.

Фотосинтез — это серия реакций, проводимых растениями, цианобактериями и некоторыми другими организмами, во время которых энергия солнечного света используется для синтеза органических молекул из воды и углекислого газа.

Первым шагом в этом процессе является фиксация атмосферного CO2, которая осуществляется ферментом рибулозобисфосфаткарбоксилазой (RuBisCO). Его основная задача — помочь преобразовать углекислый газ из атмосферы в сахара, которые питают рост растений.

Читайте также:  Июльские посевы овощей, или что сажать после чеснока и лука

RuBisCO широко распространен, составляет 30% листьев растений, но не очень эффективен, поскольку часто «делает ошибки» и случайно улавливает O2 вместо CO2. Эта реакция вызывает биохимический путь, называемый фотодыханием, который неэффективен, поскольку приводит к потере уже связанного углерода в форме СО2.

Фотодыхание приводит к снижению продуктивности растений. И эти ошибки RuBisCO, которые возникают примерно в 20% случаев, генерируют токсичное соединение гликолят, которое растение должно перерабатывать в полезные молекулы посредством фотодыхания. Эти потери энергии могут снизить урожайность на 20–50% в зависимости от типа растений и условий окружающей среды.

В настоящее время исследователи описывают эксперименты по замене естественных способов использования побочных продуктов реакции RuBisCO с кислородом новыми, более эффективными.

Обычно требуется девять реакций, но с помощью генной инженерии исследователи в новом исследовании разрабатывают более прямой химический путь для фотодыхания.

Читайте также:  А не лучше ли пойти путем отсадки?

Авторам нового исследования удалось уложить процесс всего в два этапа, используя ферменты, гены которых взяты из тыквы и одноклеточных водорослей и превращают фосфогликоль в яблочную кислоту, которая легко используется растительными клетками.

В геном табака введена новая система использования фосфогликоля. Растения выращивают в теплице, и ученые следят за их продуктивностью. Результаты показывают, что новый двухэтапный способ улучшения фотосинтеза позволяет повысить урожайность в среднем на 25%, а в некоторых случаях на 40%.

Будущие эксперименты с другими видами растений покажут, создаст ли эта фиксация фотодыхания такую ​​же эффективность, как и у других культур, как у табака. В настоящее время команда проводит тепличные эксперименты с картофелем с новым набором генетических модификаций и планирует провести аналогичные тесты с соевыми бобами, горохом и рисом.

Читайте также:  10 советов по созданию более роскошных и долговечных тюльпанов

Вероятно, потребуется еще как минимум пять-десять лет, чтобы эти генетические модификации были одобрены для использования на фермах.

Интересно, почему в процессе эволюции «ошибки» RuBisCO не исчезли?

Сравнительный анализ фермента у разных организмов показывает, что RuBisCO существовал 3,5 миллиарда лет назад, когда в атмосфере было мало кислорода, и в то время он занимал ключевую позицию в цикле поглощения углерода при фотосинтезе. В то же время функция оксигеназы в условиях низкого содержания кислорода не играет существенной роли. По мере увеличения содержания кислорода увеличивается потеря ассимилированного углерода в результате фотодыхания, но сложность структуры RuBisCO явно препятствует развитию каталитического центра для устранения активности оксигенатов. Эта гипотеза косвенно подтверждается отсутствием значительных успехов в попытках увеличить сродство RuBisCO к диоксиду углерода с помощью генной инженерии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Уникальные советы огородникам