Вместо того, чтобы превращать углерод в пищу, многие растения во время фотосинтеза случайно производят токсичные для растений соединения, которые перерабатываются в процессе, называемом фотодыханием. Исследователи Университета Иллинойса и USDA/ARS сообщают в журнале Plant Cell об открытии ключевого белка в этом процессе, которым они надеются манипулировать для повышения продуктивности растений.
«Фотодыхание необходимо для C3-растений, таких как рис и соевые бобы, но работает за счет огромных затрат связанного углерода и энергии», - сказал руководитель проекта Дон Орт, ученый USDA/ARS и профессор биологии растений имени Роберта Эмерсона. в Иллинойсе.«Мы определили фотодыхание в качестве основной цели для повышения эффективности фотосинтеза в качестве стратегии повышения урожайности. Успешная реинжиниринг фотодыхания требует глубоких знаний процесса, для которого наиболее не хватает понимания этапов переноса».
Связанный с семейством транспортных белков, которые перемещают желчь у животных, недавно обнаруженная роль растительного белка Bile Acid Sodium Symporter 6 (BASS6) заключается в транспортировке токсичного продукта гликолята из хлоропласта, где он перерабатывается. в полезную молекулу сахара (глицерат) посредством ряда химических реакций, в результате которых выделяется углекислый газ и вредный аммиак, при этом жертвуя энергией.
С 1960-х годов исследователи знали, что хлоропласты растений экспортируют две молекулы гликолята, чтобы восстановить одну молекулу глицерата. Однако химическое уравнение не складывалось до сих пор с открытием функции BASS6, второго белка, транспортирующего гликолат, который будет описан после того, как в 2013 году был описан переносчик обмена гликолата / глицерата «PLGG1».
«Теперь мы попытаемся сократить все расточительные шаги в фотодыхании», - сказал Пол Саут, исследователь с докторской степенью USDA/ARS, который руководил этой работой в Институте геномики Карла Р. Вёзе. Биология в Иллинойсе. «Мы создаем кратчайший путь для быстрой переработки гликолята в глицерат вместо того, чтобы позволить BASS6 и PLGG1 ездить по проселочным дорогам. Одним из преимуществ такого сокращения является то, что растения не производят аммиак, поэтому им не нужно тратить много энергии уходит на восстановление аммиака."
«Мы могли бы ежегодно кормить около 200 миллионов человек калориями, теряемыми в результате фотодыхания, только на Среднем Западе Соединенных Штатов», - сказал соавтор Беркли Уокер, постдокторский научный сотрудник Александра фон Гумбольдта в Университете Дюссельдорфа, цитируя его недавно опубликованные симуляции. «Хотя мы не можем вернуть весь этот урожай, даже экономия 5% энергии, потерянной при фотодыхании, будет стоить миллионы долларов ежегодно."