Учёные приблизились к созданию термоустойчивой пшеницы

Исследователи, изучающие молекулярные реакции растений, сделали шаг к своей цели — созданию пшеницы, устойчивой к жаре.

Подобно тому, как умные термостаты включают кондиционер в летний зной и выключают для экономии энергии, у растений есть Rubisco activase (Rca). Этот белок даёт команду ключевому ферменту фотосинтеза Rubisco запускаться на свету и останавливаться в темноте, чтобы сохранить энергию.

Команда из Ланкастерского университета сообщает в The Plant Journal, что замена всего одной молекулярной «детали» (аминокислоты) из 380, составляющих белок Rca у пшеницы, позволяет ему активировать Rubisco быстрее при более высоких температурах. Это открывает возможность защиты урожаев от потепления климата.

«Мы взяли Rca пшеницы (изоформа 2β), который уже неплохо активирует Rubisco при умеренных температурах, и заменили в нём одну аминокислоту на ту, что содержится в другой изоформе (1β). Последняя хорошо работает при высоких температурах, но плохо активирует Rubisco. В результате мы получили новую версию 2β Rca, объединившую лучшие черты обоих», — пояснила Элизабете Кармо-Силва, курировавшая работу в рамках проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency).

Проект RIPE, поддерживаемый Фондом Билла и Мелинды Гейтс, FFAR и DFID, нацелен на повышение урожайности за счёт улучшения фотосинтеза.

Суть замены:

• Естественная изоформа 1β содержит аминокислоту изолейцин, работает до 39 °C, но плохо активирует Rubisco.
• Естественная изоформа 2β содержит аминокислоту метионин, работает до ~30 °C и хорошо активирует Rubisco.
• Созданная учёными новая версия 2β содержит изолейцин, работает до 35 °C и сохраняет хорошую способность активировать Rubisco.

«По сути, 1β — неэффективный фермент, а 2β — чувствителен к высоким температурам. Круто то, что мы показали: замена одной аминокислоты позволяет Rca работать при более высоких температурах, практически не влияя на его эффективность. Это может помочь растениям запускать фотосинтез в условиях теплового стресса для повышения урожайности», — сказала Кармо-Силва.

Работа была проведена in vitro в E. coli. Эти результаты помогут проекту RIPE в работе над улучшением Rca и других продовольственных культур, таких как вигна и соя.

«Если взять регионы выращивания вигны в Африке, средняя температура колеблется от 22 °C в ЮАР до 38 °C на севере. Если мы сможем помочь Rubisco активироваться эффективнее в этом температурном диапазоне, это будет мощным инструментом для сокращения разрыва между потенциальной и реальной урожайностью для фермеров», — заключила Кармо-Силва.