Учёные модифицируют растения, чтобы удвоить их способность поглощать углерод и увеличить производство семян и липидов.

от

Как растения поглощают углерод

Обычно растения используют цикл Кальвина-Бенсона-Басшама (CBB) для преобразования углекислого газа в атмосфере в органические вещества, необходимые для роста. Хотя этот цикл является основным путём фиксации углерода у всех растений на Земле, он удивительно неэффективен — треть углерода теряется при синтезе молекулы ацетил-кофермента A (CoA) для производства липидов, фитогормонов и метаболитов. Растения также теряют углерод во время фотодыхания, что ограничивает их рост. Это во многом связано с неэффективностью фермента Рубиско.

Усиление поглощения углерода

Чтобы увеличить поглощение углерода и сократить его потери у растений, учёные экспериментируют с повышением эффективности Рубиско, сверхэкспрессией ферментов цикла CBB, внедрением механизмов концентрирования углерода и снижением потерь при фотодыхании.

Однако новое исследование, опубликованное в журнале Science, фокусируется на новом подходе — создании совершенно нового пути поглощения углерода.

Новый путь поглощения углерода

Исследователи ввели синтетический цикл поглощения CO₂ в растение Arabidopsis thaliana. Они называют этот цикл циклом малил-CoA-глицерата (McG), который работает совместно с циклом CBB, создавая систему двойной фиксации CO₂. Новый цикл повышает эффективность за счёт использования ранее теряемого углерода.

В цикле McG один дополнительный атом углерода фиксируется при использовании 3-фосфоглицерата (3PG) в качестве исходного вещества, или углерод не теряется при использовании гликолята. В обоих случаях ацетил-CoA производится более эффективно, что должно повысить производство липидов и других важных растительных метаболитов, включая фитогормоны.

Для проверки цикла McG команда экспрессировала шесть гетерологичных ферментов в хлоропластах Arabidopsis, чтобы установить цикл McG. Результаты были впечатляющими: растения с установленным циклом McG выросли в размерах — до трёх раз по сухому весу — и увеличили количество листьев и семян, а также показали более высокое содержание липидов, чем их дикие родственники. Триглицеридов в растениях с циклом McG было до 100 раз больше обычного.

Цикл McG, как было обнаружено, повышает эффективность за счёт снижения потерь CO₂ при фотодыхании и усиления производства ацетил-CoA. В целом скорость ассимиляции CO₂ была примерно удвоена.

Хотя результаты были многообещающими, последствия таких изменений всё ещё неясны. Исследователи отмечают, что эффекты цикла McG в этом эксперименте «не обязательно применимы к сельскохозяйственным культурам, и сверхэкспрессия гетерологичных генов может быть подавлена в последующих поколениях». Также возможно, что повышенное поглощение углерода может быть временным, поскольку углерод потенциально может быть высвобожден, как только растения погибнут. Долгосрочная стабильность и экологическое воздействие модификации McG также неизвестны.

Тем не менее, при дальнейших исследованиях и испытаниях результаты здесь могут повысить урожайность сельскохозяйственных культур и производство масла для пищевых продуктов и биотоплива, а также способствовать связыванию углерода и смягчению последствий изменения климата за счёт улучшения роста растений.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте