Как железо и метаболические ограничения помогают в поиске генов для фотосинтеза и производства биотоплива

Одноклеточная зеленая водоросль Chromochloris zofingiensis — это перспективный модельный организм для исследований фотосинтеза и метаболизма. Ранее было показано, что при добавлении глюкозы Chromochloris zofingiensis отключает фотосинтез, перенаправляет метаболизм и накапливает большое количество липидов (прекурсоров биотоплива) и астаксантина (ценного антиоксиданта).

Команда ученых из Калифорнийского университета в Беркли и EMSL показала, что клетки, выращенные с добавкой железа и глюкозы, могут поддерживать фотосинтез и сохранять тилакоиды — мембраны, где происходит перенос энергии при фотосинтезе, — и при этом накапливать липиды. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Протеомные образцы, проанализированные исследователями EMSL, выявили метаболические связи в клетках, связанные с потерей фотосинтеза и накоплением липидов. Просвечивающая электронная микроскопия, проведенная с использованием возможностей EMSL, позволила визуализировать тилакоиды, крахмал и накопление липидов.

Вместе с физиологическим анализом команда установила, что подавление фотосинтеза под действием глюкозы связано с перераспределением ресурсов железа в сторону дыхательных, а не фотосинтетических комплексов, а также с ферредоксин-зависимым путем десатураз, который поддерживает накопление липидов вместо синтеза липидов тилакоидов.

Кроме того, команда провела сравнительную эволюционную геномику зеленых водорослей и сосудистых растений, чтобы показать, как железо и трофические метаболические ограничения могут помочь в поиске генов для фотосинтеза и производства биотоплива.

Это исследование показывает, что у основания эволюционного древа фотосинтеза Chromochloris zofingiensis является простым организмом, который можно использовать для изучения энергии, питательных веществ и фотосинтеза, и что эти результаты могут предоставить дорожную карту для повышения продуктивности энергетических культур и производства биопродуктов.