Сердце растения
Рост цен на продовольствие на фоне приближения населения Земли к 9 миллиардам делает повышение урожайности сельхозкультур крайне важной задачей. Новое исследование под руководством Вольфа Фроммера из Института Карнеги, посвящённое системе перемещения сахаров по растению — от листьев к убираемым частям и другим органам, — может стать ключом к решению этой проблемы. Работа опубликована 8 декабря в Science Express.
Подобно тому, как человеческому организму необходимо доставлять питательные вещества ко всем органам, зелёным растениям жизненно важно транспортировать сахара для питания своих частей. У человека эту функцию выполняет кровеносная система. Но у растений нет насоса, подобного сердцу, для перемещения этих жизненно важных источников энергии. Вместо этого растения используют молекулярный насос.
Двадцать лет назад Фроммер идентифицировал один из ключевых компонентов этого молекулярного насоса, который активно загружает сахарозу в проводящие ткани растения — флоэму. Однако оставалось загадкой, как сахароза, произведённая в листьях в процессе фотосинтеза, доставляется к транспортёрам, которые перемещают её во флоэму. Таким образом, критически важный элемент молекулярного насоса — белок, перемещающий сахарозу внутрь клеточных стенок листа растения — был неизвестен.
В команду Фроммера вошли Ли-Цин Чен (ведущий автор статьи), Сяо-Цюн Цюй, Би-Хуэй Хоу и Давиде Соссо из Института Карнеги, а также Соня Осорио и Алисдейр Ферни из Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка. В этом новом исследовании они идентифицировали недостающий элемент системы молекулярного насоса.
«Подобно инженерам, мы теперь можем тонко настраивать компоненты насоса, чтобы решить одну из основных задач нашего будущего — а именно, увеличить перемещение сахаров к семенам для повышения урожайности», — сказал Фроммер. — «Идентификация этих критических транспортёров — крупный шаг к разработке стратегий обеспечения продовольствием и сдерживания роста цен».
Более того, вредители используют эти транспортёры, чтобы получить доступ к запасам сахарозы растений. Выявление роли этих транспортёров в заражении растений открывает новую перспективу в фитопатологии и совершенно новый способ защиты растений от патогенов, что дополнительно повысит урожайность и продовольственную безопасность.
Идентификация функции этого недостающего элемента молекулярного насоса, участвующего в транспорте сахара у растений, делает весьма вероятным, что животная версия этого же белка выполняет аналогичную роль у животных и человека. Это стало бы крупным прорывом в исследованиях диабета и ожирения, поскольку ещё не идентифицированный транспортный белок ответственен за ключевые этапы перемещения сахаров из кишечника в кровь, а также за их выведение из клеток печени для поддержания уровня глюкозы в крови.