Трансгенная экспрессия факторов ключевого фермента Рубиско (рибулозобисфосфаткарбоксилаза) увеличивает фотосинтез и устойчивость к холоду у кукурузы, сообщили ученые в новом исследовании.
🔹
Кукуруза является одной из наиболее широко выращиваемых культур в мире и имеет важное значение для глобальной продовольственной безопасности. Но, как и у других растений, рост и продуктивность могут быть ограничены из-за медленной активности Рубиско, фермента, ответственного за ассимиляцию углерода во время фотосинтеза.
В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Experimental Botany, ученые из Института Бойса Томпсона (BTI) продемонстрировали многообещающий подход к увеличению производства Рубиско, тем самым улучшая фотосинтез, общий рост и устойчивость растений.
Исследование включало трансгенную экспрессию трех ключевых белков: фактора накопления Рубиско 2 (Raf2), а также большой и малой субъединиц Рубиско. Сверхэкспрессируя эти белки, исследователи увеличили содержание Рубиско, ускорили ассимиляцию углерода и увеличили высоту растений кукурузы, а также получили эффект устойчивости к холодному стрессу.
«Наши результаты демонстрируют потенциал модификации сборки Рубиско для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Изменяя экспрессию этих белков, мы можем раскрыть способность кукурузы к более эффективному фотосинтезу и более устойчивому росту даже в сложных условиях окружающей среды», — говорит Кэтрин Эшенур, исследователь BTI и первый автор научной статьи.
Исследовательская группа обнаружила, что Raf1 и Raf2, хотя и действуют на разных этапах сборки фермента Рубиско, открывают возможности для дальнейших улучшений за счет объединения признаков, что потенциально приведет к еще большей фотосинтетической способности.
Важно, что полученные растения кукурузы продемонстрировали повышенную и статистически значимую устойчивость к холодовому стрессу — распространенной проблеме, серьезно влияющей на урожайность сельхозкультур.
Ученые отмечают, что эти растения сохраняли более высокий уровень фотосинтеза во время воздействия холода и быстрее восстанавливались после устранения стресса по сравнению с контрольными растениями.
Инновационный подход команды открывает потрясающие возможности для других культур. Многие основные продукты питания со сходными с кукурузой путями фотосинтеза, такие как сорго, просо и сахарный тростник, потенциально могут получить пользу от подхода, что приведет к повышению эффективности фотосинтеза и урожайности.
«Эта многообещающая технология — одна из нескольких, используемых для усиления фотосинтеза сельскохозяйственных растений. Продолжая изучать тонкости сборки Рубиско и ее регулирования, мы сможем улучшить эту часть столь необходимого набора инструментов для улучшения фотосинтеза в широком спектре сельскохозяйственных культур», — сказал Дэвид Стерн, профессор BTI и ведущий автор исследования.
Поскольку продовольственная безопасность продолжает оставаться актуальной проблемой, а последствия изменения климата усиливаются, потребность в более продуктивных и адаптируемых культурах никогда не была такой острой. Это исследование подчеркивает преобразующий потенциал решений, основанных на науке о растениях, в решении глобальных проблем, иллюстрируя приверженность BTI формированию будущего, в котором сельское хозяйство процветает, биоразнообразие сохраняется, а человечество извлекает выгоду из более здорового и устойчивого мира.
Источник: Boyce Thompson Institute. На фото: кукуруза растет в теплице Института Бойса Томпсона. Фото: Boyce Thompson Institute.
