Новый фермент водорослей может повысить эффективность фотосинтеза и урожайность

Растения и водоросли, осуществляющие фотосинтез, могут получать слишком много света. В яркий солнечный день растение использует лишь около 20% или менее поглощённого солнечного света. Избыточная световая энергия рассеивается, чтобы предотвратить повреждения и окислительный стресс. Ключевую роль в переключении между рассеиванием энергии и её использованием играет ксантофилловый цикл.

Учёные из Berkeley Lab исследуют возможность изменить этот цикл, не навредив растению, чтобы использовать избыточную световую энергию для улучшения роста.

"Манипулируя фотозащитой у растений, можно повысить эффективность фотосинтеза, что потенциально может привести к более высокой продуктивности сельскохозяйственных культур", — отметил Кришна Ниоги.

Ксантофилловый цикл включает превращение пигмента виолаксантина в пигмент зеаксантин (антиоксидант, придающий жёлтый цвет кукурузе). Ключевой фермент этого процесса — виолаксантин де-эпоксидаза (VDE), который активируется при избытке света.

Изучая одноклеточную зелёную водоросль Chlamydomonas reinhardtii, Ниоги и постдок Чжижон Ли обнаружили новый фермент фотозащиты — Chlorophycean VDE (CVDE). Он оказался совершенно отличным от известных растительных ферментов этого цикла.

Чтобы подтвердить его функцию, исследователи внедрили ген CVDE в мутантные формы водорослей и растений, не способные производить зеаксантин. Фермент CVDE успешно восстановил фотозащитные способности этих организмов.

Важное отличие: белок CVDE у водорослей расположен в другой области клетки (стромальной стороне тилакоидной мембраны), чем его аналог у растений. Эволюционный анализ показал, что CVDE, вероятно, произошёл от древнего фермента, присутствовавшего у общего предка зелёных водорослей и растений.

"Между изученной нами группой зелёных водорослей и наземными растениями — около 700 миллионов лет эволюционного разделения", — сказал Ли. "Несмотря на это, атипичный белок CVDE выполняет ту же фотозащитную функцию. Это означает, что можно комбинировать регуляторные компоненты светособирающего аппарата от разных групп фотосинтезирующих организмов, чтобы точно настраивать эффективность фотосинтеза".

По мнению учёных, фермент CVDE можно использовать для оптимизации фотозащиты, что позволит улучшить фотосинтез и продуктивность сельскохозяйственных культур.