Стимуляция производства медленного фермента для повышения урожайности

Австралийские учёные нашли способ улучшить производство фермента, необходимого для роста растений.

Это открытие способствует усилиям по повышению глобальной продовольственной безопасности, направленным на увеличение урожайности важнейших продовольственных культур, таких как пшеница, хлопок и рис.

«Фермент Rubisco ставил учёных в тупик более 50 лет, поскольку он в тысячи раз менее эффективен в своей работе, чем большинство других ферментов», — сказал доктор Спенсер Уитни из Австралийского национального университета (ANU), руководивший исследовательской группой из Центра передового опыта ARC по трансляционной фотосинтезу.

Большая часть путаницы проистекает из-за чрезвычайно сложной структуры Rubisco. Это фермент из 16 частей, для правильной сборки которого требуется помощь более 12 других белков.

«Мы сосредоточились на одном из белков-партнёров Rubisco, называемом RAF1. Обеспечивая Rubisco его партнёром RAF1, мы обнаружили, что количество производимого в листьях Rubisco можно более чем удвоить», — сказал он.

Rubisco — самый распространённый белок на планете. У него также одна из самых важных обязанностей в жизни на Земле: превращение диоксида углерода в органические соединения — строительные блоки всех растительных и животных клеток.

«Понимание партнёрства с RAF1 имеет важные последствия для текущих усилий по ускорению вялой активности Rubisco — ключевой цели повышения продуктивности сельскохозяйственных культур», — сказал доктор Уитни.

«В мире с растущими потребностями в продовольствии это веха на пути к увеличению скорости фотосинтеза у сельскохозяйственных растений, которые сильно зависят от Rubisco».

Исследование, проведённое в сотрудничестве с Университетом Вуллонгонга и опубликованное в последнем выпуске журнала PNAS, показывает, что Rubisco и RAF1 эволюционировали вместе. Изменения в одном белке требуют компенсирующего изменения в другом.

«Мы улучшили производство модифицированного Rubisco в листьях, вставив модифицированную комплементарную версию RAF1», — сказал доктор Уитни.

«Включение RAF1 привело к удвоению уровня Rubisco, и в результате мы получили более высокие скорости фотосинтеза и роста растений по сравнению с растениями, в которые RAF1 не вводили.

Это открытие также объясняет, почему наши предыдущие попытки вставить более эффективные версии Rubisco из некоторых водорослей в листья растений потерпели неудачу — им требуются другие шапероны, отличные от тех, что доступны в клетках листьев».