Ученые из Австралийского национального университета (ANU) разработали крошечные двигатели, улавливающие углерод из сине-зеленых водорослей в растения, что обещает помочь повысить урожайность важных пищевых культур, таких как пшеница, вигна и маниока..
Ведущий исследователь д-р Бен Лонг из ANU сказал, что открытие стало большим шагом вперед в улучшении того, как сельскохозяйственные культуры превращают углекислый газ, воду и солнечный свет в энергию - процесс, называемый фотосинтезом, который является одним из основных ограничений урожайности..
Впервые мы вставили крошечные компартменты из цианобактерий, широко известных как сине-зеленые водоросли, в культурные растения, которые являются частью системы, которая может привести к увеличению роста растений и урожайности на 60 процентов. », - сказал доктор Бен Лонг из Исследовательской школы биологии ANU, чья работа финансировалась международным консорциумом «Реализуя повышенную эффективность фотосинтеза» (RIPE).
Эти компартменты, называемые карбоксисомами, отвечают за то, что цианобактерии настолько эффективно превращают углекислый газ в богатые энергией сахара.
«До сих пор введение карбоксисомы в растение было областью научной фантастики, и нам потребовалось более пяти лет, чтобы добраться до этого момента», - сказал доктор Лонг.
"Мы пытаемся внедрить в растения двигатель с турбонаддувом, улавливающий углерод, имитируя решение, которое цианобактерии - предки хлоропластов современных растений, зеленых отсеков, где растения производят себе пищу - нашли миллионы лет назад. назад."
Рубиско, фермент, ответственный за фиксацию углекислого газа из атмосферы, работает медленно и с трудом различает углекислый газ и кислород, что приводит к расточительной потере энергии.
«В отличие от сельскохозяйственных растений, цианобактерии используют так называемый «механизм концентрации CO2» для доставки больших количеств газа в свои карбоксисомы, где инкапсулирован их Rubisco», - д-р Давно сказано.
"Этот механизм увеличивает скорость превращения CO2 в сахар и сводит к минимуму реакции с кислородом."
Фермент Rubisco внутри цианобактерий может улавливать углекислый газ и генерировать сахара примерно в три раза быстрее, чем Rubisco, содержащийся в растениях.
Компьютерные модели показали, что модернизация фотосинтеза растений для использования этого механизма приведет к резкому увеличению роста и урожайности растений.
У нас еще много работы, но достижение этого на табачных растениях было абсолютно важным шагом, который показал нам, что мы можем ожидать урожая с функциональным CO2механизмы концентрации в будущем, обеспечивающие более высокую производительность», - сказал д-р Лонг.
Со-исследователь, профессор Дин Прайс из Исследовательской школы биологии ANU, сказал, что это открытие предлагает многообещающую долгосрочную стратегию повышения урожайности сельскохозяйственных культур во всем мире и устойчивости к внешним воздействиям.
«Нам нужны все творческие усилия, чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур, если мы хотим быть в состоянии накормить растущее население мира, и эти варианты требуют времени, поэтому мы должны сделать это сейчас», - сказал профессор Прайс, который является заведующим Исследователь консорциума RIPE и Центра передового опыта по трансляционному фотосинтезу Австралийского исследовательского совета (ARC).
Директор RIPE Стивен Лонг, заведующий кафедрой растениеводства и биологии растений Университета Икенберри в Университете Иллинойса, приветствовал это открытие.
«Когда мы поддерживали это исследование, начиная пять лет назад, мы знали, что это очень рискованно, но продолжали, учитывая очень большие выгоды, к которым оно могло привести», - сказал он.
Мы никогда не ожидали увидеть карбоксисомы в хлоропластах зобов на этой стадии, может быть, просто кусочки.
"Таким образом, сборка карбоксисом, неотличимых от цианобактерий, является выдающимся достижением и ставит нас на путь, по которому мы сможем создать полную систему."