Ученые из Ланкастерского университета (Великобритания) создали жаростойкую пшеницу, ускорив процесс фотосинтеза в жарких атмосферных условиях. Об этом сообщается на сайте университета.
Как сообщили исследователи, у пшеницы имеется фермент РуБисКО (РЦА), который регулирует процесс фотосинтеза, отдавая команду на его включение при появлении солнечного света, и на выключение — при наступлении темноты. Это позволяет культуре сберегать энергию и активнее расти.
При высоких температурах окружающей среды фермент дает сбои в управлении фотосинтезом, что приводит к засыханию и гибели растения. Ученые попытались разобраться в проблеме и повысить жаростойкость пшеницы.
Исследователи изучили два сорта пшеницы, один из которых хорошо произрастал при температурах до +30°С, имея при этом механизм регуляции фотосинтеза. Другой сорт мог расти до +39 °С, не обладая при этом механизмом активации РуБисКО.
Ученые заменили одну аминокислоту обычной пшеницы на аминокислоту жаростойкой культуры и смогли получить сорт, который сохранил механизм управления фотосинтезом с помощью фермента РуБисКО до +35°С. Теперь растение может воспроизводить фотосинтез при сравнительно высоких температурах воздуха и иметь высокую урожайность.
Исследователи сообщают, что хотят таким способом улучшить и другие зернобобовые культуры, такие, как вигна китайская (Vigna sinensis) и соя (Glycine max). Это может способствовать решению проблем урожайности культур в Африке.
Справка. Для осуществления ключевой реакции фиксации СО2, был рекрутирован фермент, катализировавший енолирование 2,3-дикето-5-метилтиопентилфосфата (ДК-МТП-1-Ф), возможно, участвовавший в восстановлении углекислоты у метаногенных бактерий. Но эти функции энзима были открыты позже, нежели присоединение углекислоты к рибулезобисфосфату (РБФ) при фотосинтезе. Поэтому фермент получил название — рибулезо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа или принятое сокращение — РуБисКО. К настоящему моменту выявлено несколько типов этого энзима и РуБисКО подобных белков (РПБ).
Второе название — оксигеназа связано с тем, что кроме ассимиляции углекислоты, этот энзим проводит окисление субстрата, т.е. процесс обратный ассимиляции СО2, что значительно снижает продуктивность растений. При этом скорость реакции карбоксилирования необычайно низка — от 2 до 8 актов катализа в секунду. Хотя более чем за 3 млрд лет эволюции фотосинтеза был создан значительный аппарат, организующий работу РуБисКО. Поэтому необходимый уровень фиксации углекислоты поддерживается за счет большого числа молекул этого фермента — до 50% растворимого белка в листьях. Поскольку продуктивность растений прямо зависит от эффективности усвоения СО2, предпринимаются попытки ее повышения, или даже освоения принципиально иного пути фиксации СО2. При этом значительное внимание уделяется изучению возможного совершенствования кинетических свойств РуБисКО при осуществлении реакции карбоксилирования. Однако, несмотря на широчайший фронт исследований — гены РуБисКО и РПБ к настоящему времени секвенированы более чем у 2000 организмов — мы не имеем законченной картины функционирования этого фермента. И наибольшая проблема связана с реализацией окисления РБФ (В. А. Соколов).
