Учени от Университета в Есекс са преодолели две основни ограничения за фотосинтезата и са повишили производителността на растенията с 27 процента в реални полски условия, според ново проучване, публикувано в списание Nature Plants. Показано е също, че това води и до намаляване на изразходваната вода.
За да разберат какво ограничава фотосинтезата, изследователите моделират всеки един от 170-те стъпки на този процес, за да идентифицират как растенията могат да произвеждат захари по-ефективно. В проучването изследователският екип увеличава растежа на растенията с 27 процента, като преодоля две ограничения: едното в първия етап на фотосинтезата, при който растенията преобразуват светлинната енергия в химична енергия и другото във втората част, където въглеродният диоксид се превръща в захари.
В двете фотосистеми слънчевата светлина се улавя и се превръща в химична енергия, която може да се използва. Транспортният протеин, наречен пластоцианин, придвижва електрони във фотосистемата, за да захрани този процес. Пластоцианинът обаче има висок афинитет към своя акцепторен протеин във фотосистемата, така че увисва наоколо и не успява да предава електроните напред и назад ефективно. Това първо ограничение беше преодоляно, чрез подпомагане на пластоцианина да разпредели натоварването с добавянето на цитохром с6 – по-ефективен транспортен протеин, който има подобна функция при водораслите. Пластоцианинът изисква мед, а цитохромът изисква желязо, за да функционира. В зависимост от наличието на тези хранителни вещества, водораслите могат да избират между тези два транспортни протеина.
В същото време екипът е преодолял фотосинтетичното ограничение и в цикъла на Калвин – при което въглеродният диоксид се превръща в захари – като натрупва ключов ензим, (SBPase,) взет от от друг вид растения и цианобактерии. Тези две подобрения, когато се комбинират, са показали, че увеличават производителността на културите с 52 процента в оранжерията и до 27 процента увеличение на растежа на културите в реални условия на отглеждане.
López-Calcagno et al. (2020) Stimulating photosynthetic processes increases productivity and water-use efficiency in the field. Nature Plants 6, 1054–1063; https://doi.org/10.1038/s41477-020-0740-1
Източник: Crop Biotech Update
