Биологи получили растения с усовершенствованным фотосинтезом — Naked Science
04.01.2019
6 минут
Редакция
161

Биологи получили растения с усовершенствованным фотосинтезом

Ускорение и упрощение ключевых шагов фотосинтеза помогли вывести растения с повышенной продуктивностью.

plant0

И человечество, и практически вся жизнь на Земле опирается на фотосинтез – проводимую растениями, цианобактериями и некоторыми другими организмами серию реакций, 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 встречается в листьях всех растений и считается едва ли не самым распространенным ферментом на планете, – но далеко не самым эффективным. Белок то и дело «ошибается» и вместо углекислого газа связывает кислород, что ведет к появлению не столь важных для клетки побочных продуктов, таких как фосфат гликолевой кислоты (ФГК). Эти молекулы утилизируются, однако с трудом и не всегда с нужной скоростью, а накапливаясь, они способны нарушить нормальное течение фотосинтеза. В результате снижается продуктивность растения – например, рис, по разным оценкам, мог бы давать от 20 до 50 процентов больше урожая, если бы Рубиско работал с большей точностью.

 

Этой задачей и занялись ученые из группы профессора Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне Дональда Орта (Donald Ort). В статье, опубликованной в журнале Science, они описывают 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.

 

Чтобы оценить эффективность новой системы метаболизма ФГК, Орт и его коллеги внесли ее (а также два альтернативных варианта утилизации ФГК, предложенных ранее) в геном табака. Растения выращивались в теплицах, а ученые следили за изменениями в их производительности. Обнаружилось, что ранее предложенные варианты «усовершенствования» первых шагов фотосинтеза не слишком эффективны и дают максимум 15-процентный прирост сухой массы растений. Однако новый, двухэтапный путь позволил увеличить ее в среднем на 25 процентов – а в некоторых случаях и 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», – сказал, комментируя работу, Стивен Лонг (Stephen Long), глава исследований RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency, «Реализация фотосинтеза повышенной продуктивности»).

 

Этот масштабный международный проект воплощается при поддержке государственных и неправительственных фондов, целью его является выведение новых сортов растений, способных к более эффективному фотосинтезу. Достижение ученых из Иллинойса стало большим шагом на пути к этой цели: по словам Дональда Орта, дополнительные калории, которые благодаря их «усовершенствованию» могли бы дать растения, позволили бы одним лишь фермерам американского Среднего Запада кормить на 200 млн человек больше.

3 часа назад
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Вчера, 14:48
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

Позавчера, 11:41
7 минут
Мария Азарова

Ученые проследили эволюцию небольших придонных Hemiscyllium, которые любят прогуливаться по рифам и пескам и стали отдельным видом девять миллионов лет назад.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

19 января
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

21 января
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: