Американские ученые из Корнелльского университета предсказали структуру фотосинтетических ферментов древних растений семейства пасленовых. Внедрение таких ферментов в современные растения позволит повысить эффективность их фотосинтеза в условиях изменения климата. Статья об исследовании опубликована в журнале Science Advances.
Ученое сообщество считает, что урожайность можно повысить, если ускорить фотосинтез в растениях. Одним из ферментов, которые обеспечивают этот процесс, является рубиско. Он ответственен за фиксацию углекислого газа из воздуха. Этот фермент обладает довольно низкой активностью, и реакция, которую он катализирует, протекает медленно. Кроме того, он также может фиксировать кислород воздуха, но тогда образуется токсичный побочный продукт. Ранее ученые уже пытались использовать рубиско цианобактерий, который обладает большей активностью, но также способен фиксировать кислород. Из-за этого исследователи пытались создавать защитные группировки, которые бы не давали кислороду взаимодействовать с ферментом. Однако результаты таких работ неоднозначны.
В новом исследовании ученые создали филогенетическое дерево фермента рубиско у растений семейства пасленовых. Для этого они получили последовательности генов, кодирующих рубиско, у многих современных растений. Основываясь на этих данных, ученые предсказали последовательности генов рубиско, которые могли существовать 20–30 млн лет назад. В тот временной период уровень углекислого газа в атмосфере на Земле был достаточно высок: 500–800 ppm (частей на миллион), и растения к нему адаптировались. Сейчас концентрация углекислого газа составляет 420 ppm, тогда как до 1950-х годов она сотни тысяч лет находилась на отметке 300 ppm. Таким образом, исследователи предсказали 98 копий ферментов рубиско у разных растений: у помидора, перца, картофеля, баклажана и табака.
Табак был выбран в качестве экспериментальной модели. Для проверки эффективности его ферментов использовали кишечную палочку. Такой метод позволяет осуществить проверку разных версий ферментов всего за день, тогда как при использовании растений эксперимент может затянуться на месяцы. Оказалось, что «древние» версии рубиско действительно эффективнее.
В дальнейшем ученые планируют получить генетически модифицированный табак, в который с помощью инструмента CRISPR внесут «древнюю» версию гена рубиско. Затем исследователи хотят оценить рост биомассы. Если метод окажется успешным, то аналогичным образом можно получить генетически модифицированные томаты и другие пасленовые, а также растения других семейств, в том числе сою и рис.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
