Как растения эволюционировали для ускоренного роста

Учёные из Университета Шеффилда продвинулись в понимании того, как эволюция изменила процесс фотосинтеза у диких растений, чтобы помочь им расти быстрее. Это открытие может однажды быть использовано для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в глобальной борьбе за продовольственную безопасность.

В новаторском исследовании, опубликованном в Ecology Letters, исследователи показали, как можно использовать процесс C4-фотосинтеза. В то время как большинство растений используют C3-фотосинтез, растения в жарком климате эволюционировали до C4-фотосинтеза, чтобы концентрировать углекислый газ внутри листьев и повышать продуктивность.

Исследовательница Марджори Лундгрен изучала уникальный вид африканской травы, который демонстрирует разнообразие фотосинтетических типов: C4, C3 и C3-C4. Целью было понять, как C4-фотосинтез эволюционирует в природе из предковой формы C3, лишённой "насоса" для концентрации CO₂.

Для работы этого "насоса" C4-листьям требуется особая анатомическая структура. Исследование выявило, что к её формированию приводит единственное изменение в развитии — увеличение количества мелких жилок. Это создаёт анатомическое расположение, подходящее для C4-фотосинтеза.

Уникальность изученного вида травы позволила учёным чётко определить изменения в анатомии листа, напрямую связанные с C4-фотосинтезом, исключив накопленные с момента расхождения видов побочные изменения.

"Благодаря этому новому подходу мы смогли установить, что для возможности C4-фотосинтеза необходимо лишь одно изменение в развитии, в то время как предыдущие исследования предполагали, что потребуется несколько анатомических изменений", — заявила доктор Лундгрен.

Это знание определяет, какие анатомические изменения необходимы для создания функционального C4-листа, а какие адаптируются позже для дальнейшего улучшения фотосинтеза. Теперь можно начать исследование ответственных за это генетических изменений, которые в конечном итоге могут быть внедрены, например, в рис для повышения урожайности.