Управление уровнем крахмала в водорослях может сократить выбросы парниковых газов

Высококрахмальные водоросли важны для производства биотоплива, в качестве кормовой добавки в сельском хозяйстве и как эффективный способ связывания углекислого газа. Исследователи нашли новый метод контроля запасания крахмала в водорослях, что может найти применение в таких областях, как сокращение парниковых газов.

«Модификация сигнального пути, активируемого синим светом, позволяет регулировать запасание. Это даёт значительно более высокий выход, чем традиционные методы, основанные на дефиците питательных веществ», — говорит Димитрис Петруцос, доцент Уппсальского университета, руководивший исследованием, опубликованным в Nature Communications.

Свет необходим для фотосинтезирующих организмов, таких как растения и водоросли. У зелёных водорослей, например Chlamydomonas reinhardtii, энергия солнечного света используется для преобразования углекислого газа (CO₂) в углеводы, которые могут использоваться для роста или запасаться в виде крахмала.

Особый эффект синего света

В новом исследовании учёные показали, что синий свет оказывает особое влияние. Он воздействует на запасание крахмала в водорослях через белок фототропин. Когда фототропин чувствует синий свет, он активирует сигнальный путь, который снижает накопление крахмала, контролируя ключевые метаболические гены. Это светозависимое регулирование запаса углерода позволяет водорослям тонко настраивать распределение энергии между немедленным ростом (низкий крахмал) и долгосрочным хранением (высокий крахмал).

Исследователи обнаружили, что генетически модифицированные водоросли без фототропина увеличили содержание крахмала с 5% до 25% от сухого веса водорослей — без ущерба для роста или фотосинтеза.

Три области, которые могут получить наибольшую выгоду от лучшего контроля запасания крахмала:

• Биотопливо: Богатые крахмалом водоросли можно использовать для производства биоэтанола и других видов биотоплива. Манипулирование сигнализацией фототропина позволяет увеличить производство крахмала контролируемым образом.
• Устойчивое сельское хозяйство: Микроводоросли используются в качестве кормовой добавки. Контроль запасания крахмала позволит улучшить питательную ценность добавок и повысить их эффективность в качестве корма для животных и улучшителя почвы.
• Улавливание углерода: Контролируя накопление крахмала, можно влиять на то, как водоросли запасают углерод, что может помочь улавливать CO₂ и сокращать парниковые газы.

«Предыдущие исследования в основном были сосредоточены на том, как дефицит питательных веществ влияет на образование крахмала, но в этой работе мы смогли показать, что блокирование пути фототропина позволяет увеличить запасание крахмала, не влияя на рост», — говорит Петруцос.