Сине-зеленые водоросли помогут увеличить урожайность сельхозкультур

Ученые из Австралийского национального университета (ANU) встроили в растения крошечные механизмы для улавливания углерода, позаимствованные у сине-зеленых водорослей. Этот прорыв может помочь повысить урожайность важных продовольственных культур, таких как пшеница, коровий горох и маниок.

Ведущий исследователь доктор Бен Лонг из ANU заявил, что это открытие является большим шагом вперед в улучшении процесса фотосинтеза — преобразования растениями углекислого газа, воды и солнечного света в энергию. Именно этот процесс является одним из основных факторов, ограничивающих урожайность.

Впервые в сельскохозяйственные растения были внедрены крошечные компартменты из цианобактерий (сине-зеленых водорослей), называемые карбоксисомами. Они отвечают за высокую эффективность цианобактерий в превращении CO₂ в богатые энергией сахара. Это часть системы, которая может привести к увеличению роста и урожайности растений на 60%.

Исследователи пытаются встроить в растения «турбонаддувный двигатель» для улавливания углерода, имитируя решение, которое цианобактерии — предки современных хлоропластов растений — нашли миллионы лет назад.

Ключевая проблема растений заключается в ферменте Rubisco, который фиксирует CO₂ из атмосферы. Он работает медленно и с трудом различает углекислый газ и кислород, что приводит к потере энергии.

В отличие от растений, цианобактерии используют механизм концентрирования CO₂, который доставляет большие объемы газа в свои карбоксисомы, где инкапсулирован их Rubisco. Этот механизм увеличивает скорость превращения CO₂ в сахар и сводит к минимуму реакции с кислородом. Rubisco цианобактерий работает примерно в три раза быстрее, чем у растений.

Компьютерные модели показали, что модернизация фотосинтеза растений с использованием этого механизма приведет к резкому увеличению роста и урожайности.

Достижение функциональности системы в растениях табака стало важнейшим шагом, который показывает, что в будущем можно ожидать появления сельскохозяйственных культур с работающим механизмом концентрирования CO₂ и более высокой урожайностью.

Это открытие предлагает многообещающую долгосрочную стратегию для повышения глобальной урожайности и устойчивости сельского хозяйства.

Исследование поддержано международным консорциумом RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) и опубликовано в журнале Nature Communications.