Международная команда биологов секвенировала геном полушника и изучила, как происходит CAM-фотосинтез у водных растений. На основе исследования в будущем станет возможным создание растений, которые более эффективно используют углекислый газ и воду для фотосинтеза. Статья опубликована в журнале Nature.
В дневное время большинство растений потребляют углекислый газ и с помощью солнечного света переводят его в сахара. В ночное же время они не фотосинтезируют. Растения в засушливых регионах, однако, в процессе эволюции научились связывать углекислый газ по ночам, а днем производить фотосинтез. Такая стратегия, которая называется CAM-фотосинтез, позволяет сохранять воду.
40 лет назад ботаники выяснили, что полушник — древняя группа, состоящая из 250 небольших водных растений, — также способен к CAM-фотосинтезу. Очевидно, делает он это не для того, чтобы сберечь воду. По ночам полушник связывает растворенный в воде углекислый газ, так как днем это вещество активно потребляют водоросли. Таким образом снижается конкуренция за углекислый газ.
Теперь же ученые расшифровали геном одного из видов полушника — Isoetes taiwanensis. Изучая генетические механизмы, которые регулируют CAM-фотосинтез в полушнике, они обнаружили как сходства, так и различия между тем, как водные и наземные растения используют этот метаболический путь. Биологи идентифицировали гены, связанные с CAM-фотосинтезом, изучили их экспрессию и отследили, как она меняется днем и ночью.
Одним из основных различий между наземными и водными растениями оказалось функционирование фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы (PEPc). Во всех растениях содержится два типа PEPc: растительный и бактериальный. Обычно именно растительный тип PEPc участвует в CAM-фотосинтезе, а бактериальный принимает участие в не связанных с ним других метаболических путях. Однако в полушнике оба типа PEPc участвуют в CAM-фотосинтезе. Следовательно, бактериальный тип PEPc очень важен для водных растений.
Биологи также изучили уровень экспрессии регуляторов циркадных ритмов. У полушников и у наземных растений пики их выработки появлялись в разное время суток. Следовательно, циркадные ритмы могут иначе регулировать CAM-фотосинтез в полушниках.
В дальнейших исследованиях ученые планируют проанализировать геном I. engelmannii и паттерны экспрессии генов в нем. Этот вид полушника использует CAM-фотосинтез, если полностью погружен в воду, и более привычный C3-фотосинтез, если находится над водой. Результаты, полученные ботаниками, в долгосрочной перспективе могут быть использованы для создания растений, которые будут устойчивее к изменениям окружающей среды. Они могли бы более экономно и эффективно использовать воду и углекислый газ.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
