Нацеливание на суточный ритм магния может оптимизировать урожайность сельхозкультур

Фотосинтез — фундаментальный процесс, лежащий в основе жизни на Земле. Однако растущее население планеты требует увеличения продуктивности сельского хозяйства. Учёные исследуют, можно ли улучшить естественный процесс фотосинтеза с помощью современных технологий для повышения урожайности.

Международная команда учёных под руководством профессора Цзянь Фэн Ма из Университета Окаямы (Япония) и профессора Чжичана Чэня из Фуцзяньского университета сельского и лесного хозяйства (Китай) подошла к вопросу с новой стороны. Вместо модификации прямых химических реакций фотосинтеза они сосредоточились на его суточных (диэльных) вариациях — изменениях в течение 24-часового цикла.

Объектом исследования стал магний. Это важный макроэлемент для растений, причём 15–35% от общего его количества распределяется в хлоропластах. Там магний служит не только структурным элементом хлорофилла, но и активатором для ряда ферментов фотосинтеза. Изучение суточных изменений содержания магния могло выявить новую мишень для управления фотосинтезом.

В исследовании на рисе (опубликовано в Nature Plants) учёные сфокусировались на транспортере ионов магния OsMGT3, который находится в хлоропластах и ритмически экспрессируется в мезофильных клетках, специализированных для фотосинтеза.

Ключевые результаты:

• У генетически модифицированных растений риса с "выключенным" геном OsMGT3 наблюдалось значительное снижение поглощения магния и амплитуды колебаний свободных ионов магния в хлоропластах.
• Это привело к снижению активности ключевого фермента фотосинтеза рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы и, как следствие, к падению скорости фотосинтеза.
• Напротив, избыточная продукция OsMGT3 в мезофильных клетках обычного риса повысила эффективность фотосинтеза и рост растений.

Эксперименты доказали, что OsMGT3 частично контролирует колебания магния в хлоропластах, и эти колебания могут влиять на активность магний-зависимых ферментов фотосинтеза в течение суточного цикла.

Вывод и перспектива:

Как отмечает профессор Ма, исследование выводит магний на первый план: "Модификация поступления магния в хлоропласты может стать потенциальным подходом к повышению эффективности фотосинтеза у растений и в конечном итоге — к увеличению урожайности".

Это исследование открывает новые, ранее не изученные пути для решения проблемы глобальной нехватки продовольствия.