Красное будущее для повышения урожайности культур?
Исследователи нашли способ создать более эффективные версии растительного фермента Рубиско, используя похожий на красные водоросли Рубиско из бактерии.
В течение 50 лет ученые стремились повысить активность Рубиско — перспективной мишени для увеличения производства сельскохозяйственных культур, поскольку он контролирует, сколько и как быстро растения фиксируют углекислый газ из атмосферы в сахара и энергию в процессе фотосинтеза.
«Мы обнаружили 20 лет назад, что красные водоросли могут производить более эффективные версии Рубиско, чем те, что встречаются у растений, но нас расстраивала невозможность производить водорослевый Рубиско в растениях», — говорит ведущий исследователь профессор Спенсер Уитни из Центра передового опыта ARC по трансляционной фотосинтезу (CoETP) в Австралийском национальном университете (ANU).
Проблема сборки более эффективного Рубиско — подобного тому, что есть у красных водорослей — внутри сельскохозяйственных растений связана со сложным процессом сборки его шестнадцати белковых компонентов. Чтобы преодолеть это препятствие, профессор Уитни и его команда обратили внимание на похожий на красные водоросли Рубиско из фотосинтезирующей бактерии Rhodobacter sphaeroides.
Эта работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), показала, что красный Рубиско этой бактерии соответствует всем критериям для принятия внутри хлоропластов растений.
«Поскольку требования к сборке этого красного Рубиско относительно просты, мы обнаружили, что растения могут производить его в больших количествах», — говорит соавтор доктор Елена Мартин-Авила.
«Мы также обнаружили, что нам необходимо ввести соответствующий ему активатор Рубиско — фермент, отвечающий за очистку каталитических центров Рубиско. Эффект от совместного введения заключается в двукратной стимуляции скорости фотосинтеза и роста растений», — отмечает доктор Мартин-Авила.
«Еще один очень захватывающий результат нашего исследования заключается в том, что мы теперь можем тестировать, насколько хорошо модифицированные версии красного Рубиско могут быть произведены в растениях, сначала экспрессируя его в Escherichia coli — бактерии, используемой в лабораторных испытаниях», — объясняет соавтор доктор Лора Ганн.
«Прелесть в том, что это позволяет нам быстро выявлять более эффективные версии красного Рубиско, прежде чем вводить их в растения — процесс, который требует много времени и средств», — говорит она.
«Мы уже хорошо продвинулись в удвоении скорости фиксации CO2 этого уже очень быстрого бактериального красного Рубиско с помощью лабораторной эволюции. Наш следующий шаг — посмотреть, насколько хорошо эволюционировавшие изоформы красного Рубиско могут стимулировать фотосинтез, рост и урожайность сельскохозяйственных культур», — говорит профессор Уитни.