Ген защищает растения от токсичных побочных продуктов фотосинтеза, помогая им "дышать"

Исследовательская группа под руководством доцента Мияке Чикахиро и аспиранта Такаги Дайсуке из Высшей школы сельскохозяйственных наук Университета Кобе обнаружила, что определённый ген в растениях подавляет образование токсичных молекул, возникающих как побочные продукты фотосинтеза. Эти открытия могут найти применение для роста растений в стрессовых условиях. Исследование было опубликовано 16 февраля 2016 года в онлайн-версии журнала Plant Physiology.

Фотосинтез — важнейший биологический процесс для растений, но он также опасен. Когда растения поглощают энергию солнечного света для фотосинтеза, «лишняя» энергия реагирует с кислородом в клетках растений, образуя вредные активные формы кислорода (АФК). Эти молекулы разрушают важные структуры растения, а в процессе также производят чрезвычайно токсичные реактивные карбонильные соединения (РКС).

К счастью, у растений есть гены, которые действуют как ферменты, нейтрализующие эти токсичные соединения. Группа профессора Мияке поставила цель определить точную функцию одного из таких генов, известного как «AOR» (алкенал/он оксидоредуктаза). Исследователи удалили этот ген у некоторых растений и сравнили их с дикими видами. Они обнаружили, что растения без гена AOR были значительно меньше и легче растений с геном при стандартном 24-часовом цикле день/ночь. Однако, когда растения постоянно находились на солнечном свете, значительной разницы в росте между ними не наблюдалось. Это привело к неожиданному открытию: ген AOR не влияет на дневной процесс фотосинтеза, а вместо этого защищает ночное дыхание.

Растения могут фотосинтезировать только в светлое время суток, превращая углекислый газ в крахмал. В тёмные часы растения «дышат», используя кислород для преобразования крахмала в глюкозу. Когда исследователи изучили растения, у которых не было функционирующего гена AOR, они обнаружили остаточный крахмал в их листьях на следующее утро. Без работающего гена AOR токсичные молекулы, накопившиеся в течение дня, мешали растениям правильно дышать, замедляя их рост. Однако растения с геном AOR не имели остаточного крахмала и достигали нормального размера и веса.

«Растения могут функционировать лишь на 20% от своего полного потенциала, потому что они ограничены такими факторами окружающей среды, как нехватка воды», — сказал профессор Мияке. «Эти результаты показывают, что ген AOR необходим растениям, чтобы выжить в условиях глобального потепления. Мы продолжим исследовать сильные и слабые стороны растений перед лицом экологического стресса, и я надеюсь использовать наши открытия, чтобы преодолеть экологические ограничения».