Фундаментальный процесс, который, вероятно, формирует основу жизни на земле, — это фотосинтез; каждый организм прямо или косвенно зависит от этого процесса.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
На бумаге процесс прост: растения и другие организмы, которые имеют хлоропласты, структуры, в которых происходит фотосинтез и придают листьям характерный зеленый цвет преобразуют солнечную энергию в химическую энергию, которая помогает им расти.
Но на практике, и особенно на этом этапе биологической истории, этот процесс не так прост. Человеческое население растет беспрецедентными темпами; имеющихся у нас ресурсов недостаточно, чтобы прокормить миллиарды людей на Земле сегодня. В то время как политики пытаются оптимизировать использование существующих ресурсов, ученые вносят свой вклад, выясняя, как улучшить ресурсы, изучая, можно ли изменить естественный процесс фотосинтеза с помощью новейших технологий, чтобы в конечном итоге улучшить урожайность продовольственных культур.
Команда ученых во главе с профессором Цзянь Фенгом из Университета Окаяма, Япония, и профессором Чжичан Ченом из Фуцзянского университета A&F, Китай, решили исследовать фотосинтез, но они решили сделать это с изюминкой: в то время как текущие исследования преимущественно уделяют внимание на попытках изменить прямые химические реакции, участвующие в фотосинтезе, команда решила рассмотреть изменения «diel» — или изменения, которые происходят в течение 24-часового периодического цикла — в процессе фотосинтеза.
То, что многие процессы фотосинтеза демонстрируют 24-часовые вариации, не должно вызывать удивления, учитывая, что весь процесс зависит от солнечного света. Помимо внешних условий свет-темнота, эти изменения могут также быть вызваны внутренними генетическими механизмами.
Но на что именно смотрели эти ученые? «Наше исследование было сосредоточено на магнии по разным причинам», — объясняет профессор Ма. «Магний является важным макроэлементом для растений, но около 15-35% общего потребления магния выделяется хлоропластам, где он функционирует не только как структурный элемент хлорофилла, но и как активатор ряда фотосинтетических ферментов». Это означало, что изучение изменений содержания магния в диэле может пролить свет на важный функциональный аспект и потенциальную цель для манипулирования фотосинтезом.
Благодаря исследованиям генов на растении риса (результаты которого опубликованы в Nature Plants), исследователи решили сузить транспортер ионов магния OsMGT3, обнаруженный в хлоропластах и, как известно, ритмично экспрессирующийся в клетках «мезофилла», клетки, специализированные для фотосинтеза.
Они создали генетически модифицированные растения риса, в которых отсутствовал ген, который дает OsMGT3; они обнаружили, что эти растения показали значительное снижение поглощения магния и снижение амплитуды колебаний свободных ионов магния в хлоропластах. Это привело к снижению активности рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы, основного фермента фотосинтеза, естественным образом приводящего к снижению скорости фотосинтеза. Затем, с помощью методов генной инженерии, они вызвали чрезмерную продукцию OsMGT3 в клетках мезофилла у нормальных растений риса и обнаружили, что эффективность и рост фотосинтеза у этих растений улучшились.
Эти эксперименты доказали, что OsMGT3 частично контролирует флуктуации магния в хлоропластах, и что эти флуктуации могут вносить вклад в активность магний-зависимых ферментов для фотосинтеза в течение суточного цикла.
Так что же нам остается с точки зрения оптимизации урожайности и кормления масс? Проф Ма утверждает, что результаты открывают до сих пор неизведанные возможности, отмечая: «Наши исследования ставят магний в центр внимания. Изменение содержания магния в хлоропластах может стать потенциальным подходом к повышению эффективности фотосинтеза в растениях и может в конечном итоге улучшить урожайность».
Это исследование, наряду с будущими исследованиями, которые продемонстрируют, как именно должен быть нацелен магний, может стать потенциальным ответом на глобальный дефицит продовольствия.
Источник: Университет Окаяма
Фото: Shutterstock