Обнаружен ключевой элемент головоломки C4-фотосинтеза в клетках растений

Новое исследование раскрывает роль молекулы суберина в листьях высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, что было загадкой для учёных более 30 лет. Это открытие может стать ключом к созданию более эффективных культур и обеспечению продовольственной безопасности.

Высокопродуктивные культуры, такие как сахарный тростник, сорго и кукуруза, используют более эффективный C4-путь фотосинтеза для преобразования воды, солнечного света и CO2 в сахара. Ключевой фактор эффективности — способность удерживать CO2 в газонепроницаемом компартменте листовой ткани, что облегчает работу неэффективному ферменту Rubisco.

Главный вопрос, на который теперь есть ответ: что делает этот компартмент газонепроницаемым? Исследование предоставляет доказательства ответственности за это слоя суберина.

  • Суберин образует слой, который удерживает CO2 внутри клеток обкладки (bundle sheath).
  • Мутантные растения, у которых этот слой не формируется, демонстрируют нарушение роста и снижение способности к фотосинтезу.

Открытие стало результатом многолетней работы, использования современных методов (геномное картирование, высокопроизводительный фенотипинг, электронная микроскопия) и доли случайности. Учёные обнаружили мутантную популяцию щетинника зелёного (Setaria viridis), у которой отсутствовал ген, производящий суберин.

Как нашли мутант:

  1. В Международном научно-исследовательском институте риса (IRRI) провели скрининг сотен растений в условиях низкого содержания CO2.
  2. С помощью высокопроизводительного скрининга выявили только три мутанта с нарушенной фотосинтетической способностью.
  3. Один из этих мутантов, как выяснилось, и был лишён суберина.

Это открытие называют «одним из последних механистических элементов головоломки C4-фотосинтеза».

Следующие шаги команды:

  • Применение открытия и новых методик в проектах, подобных C4 Rice Project, цель которого — перевести рис (C3-растение) на более продуктивный C4-путь.
  • Изучение другой нерешённой загадки: группы злаков, которые используют C4-фотосинтез, но не имеют суберина.
2021-03-02