Ученые нашли способ устранить узкое место в процессе, с помощью которого растения превращают солнечный свет в пищу, что может привести к увеличению урожайности. Они обнаружили, что производство большего количества белка, контролирующего скорость движения электронов во время фотосинтеза, ускоряет весь процесс.
«Мы проверили эффект увеличения выработки белка Rieske FeS и обнаружили, что он увеличивает фотосинтез на 10 процентов», - сказала ведущий исследователь д-р Мария Ермакова из Центра передового опыта ARC по трансляционному фотосинтезу (CoETP).
Белок Rieske FeS принадлежит к комплексу, который похож на шланг, по которому текут электроны, поэтому энергия может быть использована углеродным двигателем растения. Сверхэкспрессируя этот белок, мы обнаружили, как высвобождать давление шланга, поэтому может течь больше электронов, ускоряя процесс фотосинтеза», - сказала д-р Ермакова, которая работает в Австралийском национальном университете (ANU) Center Node.
Доктор Ермакова, ведущий автор статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Communications Biology, заявила, что ученые впервые получили больше белка Rieske FeS внутри растений, использующих путь фотосинтеза C4.
До сих пор большая часть усилий по улучшению фотосинтеза была предпринята для видов, которые используют фотосинтез C3, таких как пшеница и рис, но не так много было сделано для улучшения фотосинтеза C4.
И это несмотря на то, что виды культур С4, такие как кукуруза и сорго, играют ключевую роль в мировом сельском хозяйстве и уже являются одними из самых продуктивных культур в мире.
Эти результаты демонстрируют, что изменение скорости переноса электронов усиливает фотосинтез у модельных видов C4, Setaria viridis, близкого родственника кукурузы и сорго. Это важное доказательство концепции, которое чрезвычайно помогает нам понять больше о как работает фотосинтез C4», - сказала заместитель директора CoETP профессор Сюзанна фон Каммерер, один из соавторов этого исследования.
Протеин Риске особенно важен в условиях яркого освещения, где растут растения С4. Предыдущие исследования показали, что сверхэкспрессия белка Риске в растениях С3 улучшает фотосинтез, но необходимы дополнительные исследования растений С4.
"Это действительно захватывающе, так как мы теперь готовы преобразовать его в сорго и проверить влияние, которое оно оказывает на биомассу продовольственной культуры", - говорит профессор фон Кеммерер.
Исследование является результатом международного сотрудничества с исследователями из Университета Эссекса в Великобритании, которые являются частью проекта «Реализуя повышенную эффективность фотосинтеза» (RIPE).
«Это отличный пример того, что нам необходимо международное сотрудничество для решения сложных задач, возникающих при попытке улучшить растениеводство», - сказала исследователь из Университета Эссекса Патриция Лопес-Кальканьо, которая участвовала в создании некоторых основных генетических компоненты для трансформации растений.
За последние 30 лет мы многое узнали о том, как работают растения C4, ухудшив их - разбив их как часть процесса открытия. Однако это первый пример, в котором мы действительно улучшили растения», - говорит профессор Роберт Фурбанк, директор Центра передового опыта ARC по трансляционному фотосинтезу и один из авторов исследования.
Наши следующие шаги - собрать весь белковый комплекс FeS, который состоит из многих других компонентов. Нам еще многое предстоит сделать, и мы еще многое не понимаем в этом белковом комплексе. Мы достигли 10 процентное усиление за счет гиперэкспрессии компонента Rieske FeS, но мы знаем, что можем добиться большего», - говорит профессор Фурбанк.
Это исследование финансировалось Центром передового опыта ARC по трансляционному фотосинтезу, целью которого является улучшение процесса фотосинтеза для увеличения производства основных пищевых культур, таких как сорго, пшеница и рис.