Нерациональный процесс растений производит ключевой витамин для беременных — изменение климата может его сократить

от

Новое исследование Мичиганского государственного университета показывает, что фотодыхание — процесс, который долго считался нерациональным, — имеет ключевое значение для производства важного питательного вещества, предотвращающего врождённые дефекты.

Учёные впервые измерили, сколько углерода проходит через фотодыхание для производства фолатов — класса соединений, включающего витамин B9, известный своей важностью в качестве витамина для беременных. Согласно исследованию под руководством исследователя MSU Беркли Уокера, около 6% углерода, поглощаемого растениями, используется для производства фолатов. Это число уменьшается в пять раз, когда фотодыхание подавлено.

Результаты опубликованы в Nature Plants

Эти результаты могут помочь учёным разработать методы повышения производства питательных веществ, важных для здоровья человека. Они также проливают свет на то, как мир с высоким содержанием углекислого газа, вызванный изменением климата, может сделать растения менее питательными.

«В культурах, где основная часть калорий поступает из риса, это большая проблема, если этот рис менее питателен», — сказал Уокер, доцент лаборатории исследований растений Министерства энергетики США и кафедры биологии растений. «То, как растения реагируют на изменение климата, сложно. Понимание того, как они могут адаптироваться, может помочь нам лучше планировать будущее».

Как работают растения

Растения подобны фабрикам, использующим сырьё — солнечный свет, воду и углекислый газ (CO₂) — для производства сахара, который они используют в пищу. Руководителем этой фабрики является фермент под названием Рубиско, который захватывает CO₂ и подаёт его на производственную линию.

Но иногда Рубиско неаккуратно выполняет свою работу и случайно захватывает кислород, засоряя сборочный конвейер и производя токсичный побочный продукт, называемый фосфогликолатом. Именно тогда в действие вступает команда по утилизации отходов. В процессе, называемом фотодыханием, растения нейтрализуют токсичные отходы и превращают их в полезные соединения.

Учёные давно подозревали, что фотодыхание поддерживает такие процессы, как производство фолатов. До сих пор было неясно, какой вклад фотодыхание вносит в производство этого витамина.

Для подсчёта цифр Уокер и его лаборатория протестировали обычное модельное растение под названием Arabidopsis thaliana. Они измерили растение в условиях с фотодыханием и без него, а также измерили, сколько CO₂ растение поглощает, зажав его листья в инфракрасном газоанализаторе. Затем они распылили на листья жидкий азот, пока они были зажаты, чтобы немедленно их заморозить. Это помогло им понять, что растение делало во время измерения.

Команда Уолкера использовала масс-спектрометрию для изучения химических веществ в листьях и того, как они включали CO₂ с течением времени. Затем они повторили процесс в течение нескольких месяцев, измеряя химический состав в разных точках, прежде чем подключить измерения к компьютерному анализу.

Результаты показывают, как может измениться питание растений. По мере увеличения содержания CO₂ в воздухе растениям фотодыхание требуется реже. Исследование MSU показало, что в таких условиях поток углерода для производства витамина B9 снижается с почти 6% до примерно 1%. Это важно, поскольку витамин B9 важен во время беременности для снижения риска дефектов нервной трубки.

«Понимание того, как природа производит этот витамин, поможет нам разработать методы повышения содержания питательных веществ в растениях», — сказал Уокер. «Это может стать необходимостью, особенно в культурах, где люди не могут просто принимать поливитамины, чтобы компенсировать менее питательные растения».

Лаборатория Уолкера планирует провести аналогичные эксперименты с сельскохозяйственными культурами, выращиваемыми в полевых условиях. Они хотят узнать, верны ли те же тенденции, что и в лаборатории, для растений, выращиваемых в полевых условиях.

«Нам нужны эти знания о растениях, чтобы разработать их для будущего», — сказал Уокер. «Если у нас не будет этой основы, мы никогда не сможем применить это на практике».

Предоставлено Мичиганским государственным университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте