Ускорение роста растений через стимуляцию открытия пор
Исследователи из Института трансформативных биомолекул (WPI-ITbM) Университета Нагои под руководством профессора Тосинори Киноситы и доктора Инь Вана определили ключевой фактор регуляции фотосинтеза и роста растений. Они разработали метод увеличения фотосинтеза (поглощения CO2) и роста растений за счёт стимуляции открытия устьиц. Исследование, опубликованное в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) на неделе 23 декабря 2013 года, может способствовать повышению продуктивности растений и развитию устойчивого низкоуглеродного общества.
Устьица — это мелкие поры на поверхности листьев, контролирующие газообмен с внешней средой и являющиеся основным каналом для поглощения углекислого газа (Рисунок 1). «Устьичное сопротивление, подавляющее газообмен через устьица, считается основным ограничивающим фактором для поглощения CO2 растениями в процессе фотосинтеза, — объясняет профессор Киносита. — Существует очень мало работ, посвящённых индукции открытия устьиц. Поэтому мы решили разработать метод управления открытием устьиц с целью увеличения фотосинтеза (поглощения CO2) и продуктивности растений».
Группа Киноситы ранее уже выявила некоторые ключевые факторы, опосредующие открытие устьиц (Рисунок 2). Одним из ключевых компонентов была идентифицирована протоновая помпа (H+-АТФаза плазматической мембраны) — фермент, создающий электрохимические градиенты в клеточных мембранах растений. «Усиление открытия устьиц за счёт сверхэкспрессии протонной помпы в замыкающих клетках, окружающих устьичную щель, привело к увеличению фотосинтеза (поглощения CO2) примерно на 15% и ускорению роста растений Arabidopsis в 1.4–1.6 раза», — уточняет профессор Киносита (Рисунок 3).
Исследователи полагают, что применение этого метода будет способствовать увеличению урожайности сельскохозяйственных культур и растений для производства биотоплива, а также снижению уровня CO2 в атмосфере. Профессор Киносита заявляет: «Выявление того, что управление открытием устьиц является ключевым ограничивающим фактором фотосинтеза и роста растений, позволяет нам рассматривать стратегии для решения текущих проблем производства продовольствия и выбросов углерода».