Вчені виломили збій фотосинтезу, щоб рослини виросли на 40 відсотків більше
Весь цей кисень, який ви любите дихати, не просто з'являється в атмосфері. Земля придатна для життя, тому що рослини по всьому світу викидають кисень як побічний продукт фотосинтезу, а деякі з них також стають смачними продовольчими культурами. Однак фотосинтез не є досконалим, незважаючи на багато еонів еволюційного уточнення. Вчені з Університету штату Іллінойс працювали над виправленням недоліку фотосинтезу, і це може поліпшити врожайність на 40%.
В основі нового дослідження лежить процес, який в рослинах називається фотопотоком, який не є частиною фотосинтезу, як наслідок цього. Як і багато біологічні процеси, фотосинтез не працює правильно 100% часу. Насправді, однією з основних реакцій у фотосинтезі є лише близько 75% ефективності. Зміни відбуваються в процесі, який роблять підприємства через цю неефективність.
При фотосинтезі рослини приймають воду і вуглекислий газ і обробляють його для створення цукрів (їжі) і кисню. Рослинам не потрібен кисень, тому його виганяють. На щастя, нам потрібен кисень, і ми видихаємо вуглекислий газ.
Проблемою, що розглядається в новому дослідженні, є фермент, який називається рибулозо-1,5-бісфосфат-карбоксилаза-оксигеназа (RuBisCO). Цей білковий комплекс приєднує молекулу діоксиду вуглецю до рибулозо-1,5-бісфосфату (RuBP). За століття атмосфера Землі стала більш оксигенованою, а це означає, що RuBisCO має впоратися з більшою кількістю молекул кисню, змішаних з вуглекислим газом. Приблизно чверть часу RuBisCO помилково захоплює молекулу кисню, і це має наслідки всередині рослини.
Коли RuBisCO закручується, рослини залишаються токсичними побічними продуктами, такими як гліколят і аміак. Необхідна енергія для переробки цих сполук (за допомогою фотоспалаху), що додається до втрати енергії від неефективності фотосинтезу. Автори дослідження зазначають, що рис, пшениця і соя страждають від цього збоїв, і RuBisCO стає ще менш точним, коли температура підвищується. Це означає, що запаси продовольства можуть знизитися, оскільки глобальне потепління стає більш серйозним.
Виправлення є частиною програми під назвою «Реалізація підвищеної ефективності фотосинтезу» (RIPE), і вона спирається на введення нових генів, які покращують ріст. Як правило, фотовипромінювання проходить по трьох різних клітинних органелах. Вона споживає АТФ (енергетичну валюту клітин), що повинно йти, щоб зробити рослину більшою і сильнішою. RIPE фокусується на тому, щоб зробити фотоспірацію більш швидким та енергоефективним.
Команда розробила три альтернативні шляхи, використовуючи нові генетичні послідовності. Вони оптимізували ці шляхи через 1700 різних заводів, щоб визначити найкращі підходи. Протягом двох років дослідники тестували послідовності з використанням модифікованих рослин тютюну. Це загальноприйнята наука в науці, тому що її геном є надзвичайно добре зрозумілим.
Ці рослини виробляли на 40% більше біомаси, ніж немодифіковані рослини. Це свідчить про те, що більш ефективні шляхи фотореспірації зберігають значну енергію рослини, яка може йти в бік росту. Наступним кроком є включення генів до харчових культур, таких як соя, вігни, рис і помідори.
Інтеграція перероблених генів фотоспалаху в продовольчі культури, які є більш складними, ніж тютюн, може тривати кілька років. Потім отримані заводи повинні бути затверджені для споживання людьми регуляторами - це не є легким подвигом само по собі, а також часті антинаукові протидії генетично модифікованим культурам. RISE підтримується неприбутковими організаціями по всьому світу, включаючи Фонд Білла і Мелінди Гейтс. Будь-які насіння, розроблені в рамках RISE, будуть доступні безкоштовно.
Читати далі
Вчені досягають фотосинтезу без сонячного світла
Нова система штучного фотосинтезу здатна виробляти врожайність до 18 разів швидше, ніж природа.