Исследование двух редких типов фотосинтеза может повысить урожайность
Изучение того, как некоторые бактерии осуществляют фотосинтез с использованием низкоэнергетического света, может помочь в генной инженерии сельскохозяйственных культур для повышения их продуктивности.
Исследователи изучили компромиссы, на которые идут два типа цианобактерий, используя для фотосинтеза низкоэнергетический свет. Это может помочь в генетической модификации растений для повышения эффективности производства биомассы и урожая.
Большинство организмов осуществляют фотосинтез с использованием видимого света, собираемого пигментом хлорофилл-a. Энергия видимого света долгое время считалась минимально необходимой для сложной химии извлечения электронов из воды, которую выполняет фермент фотосистема II.
Однако некоторые цианобактерии способны к фотосинтезу с использованием более низкоэнергетического дальнего красного света. Наделение растений такой способностью могло бы сделать производство биомассы более эффективным, поскольку дальний красный свет менее энергоемок и его много.
Фотосинтез в дальнем красном свете
Команда изучила два типа цианобактерий:
- Acaryochloris marina — обитает в постоянной тени и всегда использует для сбора дальнего красного света пигмент хлорофилл-d.
- Chroococcidiopsis thermalis — может переключаться с хлорофилла-a (видимый свет) на хлорофилл-f (дальний красный свет) при отсутствии видимого света.
Ранее было показано, что фотосистема II Chroococcidiopsis thermalis способна выполнять ключевую химическую реакцию, используя только низкую энергию дальнего красного света.
Сравнение эффективности и устойчивости
Новое исследование, опубликованное в eLife, выявило ключевые различия и компромиссы между двумя системами:
Фотосистема II Acaryochloris marina (хлорофилл-d):
- Высокоэффективна в сборе и использовании дальнего красного света.
- Уязвима к избытку света: при сильном освещении перегружается и производит вредные активные формы кислорода (АФК), убивающие клетки.
Фотосистема II Chroococcidiopsis thermalis (хлорофилл-f):
- Менее эффективна в использовании дальнего красного света по сравнению с системой на хлорофилле-d.
- Более устойчива: при избытке света не производит чрезмерного количества вредных АФК, демонстрируя лучшую стабильность.
Профессор Билл Резерфорд, ведущий автор исследования: «Наша работа — важный первый шаг в понимании компромисса между эффективностью и устойчивостью в системах, использующих дальний красный свет. Эти данные помогут определить, какие свойства будут полезны в тех или иных условиях».
Доктор Стефания Виола, первый автор статьи: «Наше исследование показывает, что два типа фотосистемы II платят разную цену за возможность работать с меньшей энергией. Это необходимо учитывать при попытках внедрить дальний красный фотосинтез в сельскохозяйственные растения или водоросли».