Вчені створили рослини з удосконаленим фотосинтезом

Вчені з Іллінойського університету в Урбана-Шапейне створили рослини з удосконаленим фотосинтезом. Як повідомляє Naked science, прискорення і спрощення ключових кроків фотосинтезу дозволило виростити рослини з підвищеною продуктивністю.

Наголошується, що фотосинтез – це серія реакцій, яка проводиться рослинами, цианобактеріями і деякими іншими організмами, в ході яких енергія сонячного світла використовується для синтезу органічних молекул з води і вуглекислого газу. Перший крок цього процесу – фіксація СО₂ з атмосфери, і проводить його фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Рубиско), котрий каталізує взаємодію вуглекислого газу із пятивуглецевою молекулою цукру, з утворенням двох тривуглецевих молекул, які залучаються до подальший метаболізм.

Рубиско вважається найпоширенішим ферментом на планеті, але не ефективними, оскільки часто "помиляється" і замість вуглекислого газу зв'язує кисень, що призводить до появи не настільки важливих для клітини побічних продуктів (ФКГ). Молекули з часом утилізуються, але цей процес не завжди проходить з потрібною швидкістю, через що вони здатні порушити нормальний перебіг фотосинтезу, що призводить до зниження продуктивності рослини. Наприклад, дослідники підрахували, що рис міг би давати на 20-50% більше врожаю, якби Рубиско працював з більшою точністю.

Тепер же дослідники описали експерименти з заміщення природних шляхів утилізації побічних продуктів реакції Рубиско з киснем новими, більш ефективними. В нормі вони вимагають цілих дев'яти реакцій, однак альтернативні варіанти дозволяють проводити потрібні перетворення за менше число кроків. Автори нової роботи зуміли укластися в два, використовуючи ферменти, гени яких були запозичені у гарбуза і одноклітинних водоростей і перетворюють ФГК на яблучну кислоту, яка легко утилізуються клітинами рослин.

Дослідники внесли нову систему утилізації ФКГ в геном тютюну. Рослини вирощували в теплицях, а вчені стежили за їхньою продуктивністю. У результаті виявилося, що новий, двоетапний, шлях удосконалення фотосинтезу дозволив збільшити продуктивність в середньому на 25%, а в деяких випадках – на 40%.

Раніше вчені заявили про те, що вихід перших рослин на сушу відбувся на 100 мільйонів років раніше, ніж передбачалося до цього. Згідно з новими даними, перші рослини з'явилися на суші в кембрійську епоху, приблизно 500 мільйонів років тому.