Процессы, поддерживающие энергетический баланс растений, могут привести к созданию более эффективных сельскохозяйственных культур

Исследователи из Университета штата Мичиган под руководством профессора биохимии и молекулярной биологии Томаса Д. Шарки обнаружили три ключевых процесса, которые действуют как "пилотная горелка" для фотосинтеза. Эти процессы позволяют растениям оставаться в готовности производить сахара при изменяющейся интенсивности солнечного света. Открытие описано в статье, опубликованной 8 марта в журнале Proceedings of the Natural Academy of Sciences.

Суть открытия:

• Фотосинтез — это высокоточная система, которая может нарушиться за секунды, если баланс между поглощением солнечной энергии и производством молекул для её хранения нарушен.
• Однако растения вынуждены работать на "непостоянном топливе" — солнечном свете, интенсивность которого меняется из-за облаков или движения листьев.
• Чтобы справиться с этим, растения используют три вспомогательных процесса ("пилотную горелку"). Когда условия для основного процесса фотосинтеза неблагоприятны, эти процессы направляют поступающую энергию на создание безвредных метаболитов.
• Как только условия возвращаются в норму, эти же процессы помогают "зажечь" основную систему без задержек.

Контекст и значение:

• Два из трёх процессов были известны науке с начала 1990-х годов, благодаря ранним работам самого Шарки.
• Открытие третьего компонента стало неожиданностью и стало возможным благодаря современным технологиям, в частности, масс-спектрометрии (MS) из MSU Research Technology Support Facility Mass Spectrometry Core.
• Эта технология позволила измерять очень небольшие различия в массе различных метаболитов растений, чтобы понять, как и когда они образуются во время фотосинтеза.
• Понимание того, как вся система работает в унисон, открывает путь к созданию более эффективных сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания и биотоплива.

Метафора:

Шарки сравнивает растение с автомобилем, где основные реакции фотосинтеза — это двигатель. Чтобы сделать машину лучше, недостаточно улучшить только двигатель. Необходимо работать и с другими системами: управлением, тормозами, радиатором. "Пилотная горелка" — одна из таких вспомогательных, но критически важных систем.

Исследование проводилось в сотрудничестве с научным сотрудником Юань Сю, аспирантом Джошуа Касте, профессором Яиром Шахар-Хиллом и исследователем Томасом Вилохом. Работа поддержана Plant Resilience Institute и MSU-DOE Plant Research Lab, который финансируется Министерством энергетики США (DOE).