Фахівці підрахували: аби прогодувати 9 мільярдів людей до 2050 року, фермерам необхідно вирощувати на 50% більше продовольства на обмеженій кількості земель. Саме тому технології підвищення врожайності сьогодні є вкрай важливими. Зокрема, вчені активно працюють над поліпшенням фотосинтезу.

Варте уваги Китайські вчені винайшли тканину, яка може охолодити тіло в літню спеку

Проблематика

Відомо, що синьо-зелені водорості фотосинтезують більш ефективно, ніж більшість сільськогосподарських культур. Тож дослідники мають на меті впровадити елементи з ціанобактерій в сільськогосподарські рослини.

Процес фотосинтезу:

  1. рослини перетворюють вуглекислий газ, воду і світло в кисень і сахарозу – цукор, який використовується для отримання енергії та будівництва нових тканин;
  2. при цьому фермент Рубіско (рибулозобісфосфаткарбоксилаза), присутній у всіх рослинах, перетворює неорганічний вуглець, який бере з повітря, в органічну форму;
  3. кінцеву форму рослина використовує для побудови тканин.

Які ж перешкоди постають на шляху до поліпшення фотосинтезу в сільськогосподарських культурах?

Річ у тім, що Рубіско реагує як з вуглекислим газом, так і з киснем. Відомо, що у випадку реакції з киснем утворюються токсичні побічні продукти, уповільнюється фотосинтез, а відтак – знижується врожайність.

Що зробили вчені

Дослідники видалили з хлоропластів (органел рослинних клітин, в яких відбувається фотосинтез) карбонову ангідразу – фермент природного походження. Ангідраза створює рівновагу між CO2 та бікарбонатом в клітинах рослин, каталізує реакції, в яких CO2 разом з водою утворюють бікарбонат – і навпаки. Однак ключова проблема в тому, що бікарбонат має досягти рівня, на багато більшого, аніж рівноважний. Лише тоді механізм концентрації вуглецю з ціанобактерій працюватиме в сільськогосподарських культурах.

Експеримент

Вчені помістили рослини в камеру з високим вмістом кисню. Як не дивно, вони продемонстрували швидше зростання.

Команда вважає, що знайшла обхідний шлях для видалення ангідрази при збереженні достатньої кількості бікарбонату. Вчені планують встановити переносник бікарбонату на хлоропластну мембрану, щоб імпортувати його з інших частин клітини в хлоропласти. Так, додатковий бікарбонат:

  • зробить непотрібною ангідразу;
  • поліпшить фотосинтез ще до того, як карбоксісоми можна буде перетворити в хлоропласти.

Потенційна проблема полягає в тому, що карбоангідраза, виявлена ​​в хлоропластах, бере участь в захисних шляхах рослин. Однак дослідники виявили, що вони можуть включати ферментативно неактивну версію карбоангідрази й при цьому підтримувати захист рослини.

"Тепер ми знаємо, що можемо створити неактивний фермент, який не вплине на наш механізм концентрування вуглецю, але все ж дозволить культурним рослинам бути стійкими до вірусів", – зауважують вчені.