Управляя путями CHLORAD, ученые могут изменять реакцию растений на окружающую среду. Например, способность растения переносить такие стрессы, как высокая засоленность, может быть улучшена.
Исследователи надеются, что их результаты, опубликованные в журнале Science, откроют путь к новым стратегиям улучшения урожая, которые будут иметь жизненно важное значение, поскольку мы сталкиваемся с перспективой обеспечения продовольственной безопасности для населения, которое, по прогнозам, достигнет почти 10 миллиардов человек. к 2050 году.
Путь CHLORAD помогает регулировать структуры внутри растительных клеток, называемые хлоропластами. Хлоропласты - это органеллы, определяющие растения. Наряду со многими другими метаболическими, развивающими и сигнальными функциями хлоропласты отвечают за фотосинтез - процесс, посредством которого энергия солнечного света используется для обеспечения жизнедеятельности клеток.
Следовательно, хлоропласты необходимы не только для растений, но и для множества экосистем, зависящих от растений, и для сельского хозяйства.
Хлоропласты состоят из тысяч различных белков, большинство из которых производится в другом месте клетки и импортируется органеллой. Все эти белки должны очень тщательно регулироваться, чтобы органелла продолжала функционировать должным образом. Путь CHLORAD работает путем удаления и утилизации ненужных или поврежденных белков хлоропластов; отсюда и название CHLORAD, что означает «деградация белка, связанная с хлоропластами».
Профессор Пол Джарвис, ведущий исследователь, сказал: «Спустя два десятилетия после идентификации механизма импорта белков хлоропластов, который доставляет новые белки в хлоропласты, наше открытие пути CHLORAD впервые показывает, как отдельные, нежелательные белки удаляются из хлоропластов.'
Исследователь, доктор Цихуа Линг, сказал: «Наши предыдущие исследования показали, что белки в мембранах хлоропластов перевариваются системой деградации белков вне хлоропластов. Итак, ключевой вопрос заключался в следующем: как белки хлоропластов извлекаются из мембраны, чтобы это могло произойти? Наше открытие системы CHLORAD дает ответ на этот вопрос, и мы идентифицировали два новых белка, которые участвуют в этом процессе».
Соавтор исследования, доктор Уильям Брод, добавил: «Хлоропласты - это эукариотические органеллы, которые произошли более миллиарда лет назад от фотосинтезирующих бактерий в результате процесса, называемого эндосимбиозом. Примечательно, что система CHLORAD содержит смесь компонентов эукариотического и бактериального происхождения. Это представляет собой захватывающий пример того, как эукариотические клетки-хозяева постепенно эволюционировали, по-новому используя имеющиеся инструменты для управления своими эндосимбиотическими органеллами».
Питер Бурлинсон, руководитель Frontier Bioscience в Исследовательском совете по биотехнологии и биологическим наукам, сказал: «Открытие этого биохимического пути является хорошим примером того, как результаты фундаментальных исследований в области биологии растений могут выявить новые потенциальные стратегии для выращивания сельскохозяйственных культур, которые более продуктивны и выносливы. Это помогает проиллюстрировать ценность фундаментальной науки в решении ключевых глобальных проблем, включая рост населения планеты, экологические стрессы и растущий спрос на обеспечение продовольственной безопасности».
К 2050 году нынешний уровень производства продуктов питания должен увеличиться по крайней мере на 70%, чтобы удовлетворить потребности растущего населения мира и смещения пищевых предпочтений в сторону большего количества продуктов животного происхождения, в то время как 38% мировой земли и 70 % пресной воды уже используется в сельском хозяйстве. Абиотические стрессы, в том числе засуха, высокие и низкие температуры, засоление почвы, дефицит питательных веществ и токсичные металлы, являются основной причиной потери урожая, снижая урожайность на 50-80% в зависимости от культуры и географического положения.
Таким образом, выращивание устойчивых к стрессу культур, способных давать стабильные урожаи в стрессовых условиях, является важной стратегией обеспечения продовольственной безопасности в будущем. Эта потребность особенно актуальна, учитывая увеличение частоты экстремальных погодных условий, сопровождающих глобальное изменение климата, которые вызывают более серьезные экологические стрессы, более частые вспышки болезней растений и снижение урожайности и качества урожая.
Oxford University Innovation (OUI), подразделение Университета по коммерциализации исследований, управляет технологией.