Ученые "взломали" код фотосинтеза и могут ускорить производство пищи

Найденный в водорослях фермент может заставить растения эффективнее конвертировать углекислоту в сахар.

Фотосинтез это ключевой процесс с помощью которого растения конвертируют солнечный свет, воду и воздух в энергию и пищу. Ученые из США и Великобритании сделали первый шаг в ускорении этого процесса путем применения ферментов сине-зеленых водорослей.

Это важный прорыв, который может помочь накормить растущее народонаселение планеты. Ученый-генетик растений Маурин Хенсон из Корнуэльского Университета США, который ведет исследование, даже заявляет, что такой прорыв это нечто вроде "Эврика!" в жизни ученого.

Десятилетиями ученые искали возможности улучшения фотосинтеза, в основном за счет активности фермента под названием Rubisco. Это белок, который конвертирует CO2 в сахар. И, возможно, Rubisco самый изобилующий белок на Земле, учитывая, что более половины растворимого белка находится в листьях. Однако он не очень эффективен и исследователи долго искали способ его улучшения.

Ученые предполагали, что Rubisco можно "разогнать" на 60% в рисе и пшенице. Таким образом можно было бы уменьшить количество потребляемых удобрений и освободить большое количество сельскохозяйственных земель. Однако, до сегодняшних дней, особого прогресса в этом вопросе не наметилось.

В данном новом исследовании международная команда ученых догадалась взять белок Rubisco из маленького но очень эффективного организма - цианобактерии Synechococcus elongatus.

Затем они встроили ген Rubisco в геном хлоропласта табачного растения - органеллы табака, которые производят фотосинтез. И тут обнаружилось, что эти растения смогли преобразовывать CO2 в сахар значительно быстрее чем нормальный табак, что означало, что фотосинтез таки ускорился.

"Впервые мы получили растение, созданное генетической инженерией, в котором исправлена работа с углеродом за счет фермента цианобактерии", говорится в пресс-релизе. "Это очень важный первый шаг в создании растений с более эффективным фотосинтезом". Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.

Почему же они преуспели там, где многие другие не сумели? Они заменили один ген Rubisco двумя генами из цианобактерии. Хенсон рассказывает, что именно это и помогло табачному растению научиться утилизировать Rubisco более эффективно.

Результаты предполагают, что если Rubisco сине-зеленой водоросли встроить в семена, это может привести у ускорению производства пищи. Однако, и это немалое однако, тут еще потребуется множество дополнительных исследований. На данный момент, хоть Rubisco сине-зеленой водоросли и более эффективен, он может терять энергию при взаимодействии с кислородом вместо CO2. Пока ученые решают эту проблему содержанием растений в условиях с искусственным уровнем содержания CO2, но это, очевидно, не является постоянным решением.

Сине-зеленая водоросль обычно решает эту проблему созданием структур, которые называют карбоксисомы (carboxysomes), вокруг своих ферментов Rubisco, поддерживая таким образом богатую на CO2 среду. Однако, для табачного растения такое поведение не является естественным.

Но есть надежда - в июне команда сообщила, что им удалось создать табачные растения, которые умеют генерировать структуры, подобные карбоксисомам. Таким образом, следующий шаг - встроить фермент Rubisco из сине-зеленых водорослей в эти растения и просмотреть станут ли они более эффективными.

Ученые использовали табак для своих экспериментов потому что его геном хорошо изучен. Теперь эту технику надо будет тестировать на других пищевых растениях. чтобы узнать, есть и у нас действительно надежда увеличить производство пищи.

Источник