Международное долгосрочное исследовательское сотрудничество, направленное на создание высокоурожайных и эффективных с точки зрения водопотребления сортов риса, позволило успешно установить часть фотосинтетического оборудования от кукурузы до риса.
«Мы собрали пять генов кукурузы, которые кодируют пять ферментов в пути фотосинтеза C4, в единую генную конструкцию и внедрили ее в растения риса» , — сказала ведущий автор доктор Мария Ермакова, работающая в Австралийском национальном университете (ANU), как часть международного проекта C4 Rice Project, возглавляемого Оксфордским университетом.
Рис, один из основных продуктов питания в мире, использует менее эффективный путь фотосинтеза C3. Ученые предсказывают, что введение в рис более эффективных свойств фотосинтеза C4 может потенциально повысить эффективность фотосинтеза на пятьдесят процентов, повысить эффективность использования азота и вдвое повысить эффективность использования воды.
«Хотя до введения всех генов, необходимых для производства риса C4, еще далеко, это первая статья, в которой мы собрали функциональную биохимию C4 в рисе, что очень интересно», — сказала д-р Ермакова из Центра передового опыта ARC для Трансляционный фотосинтез (CoETP).
Используя синтетическую биологию , ученые могут ввести несколько генов одновременно, получить растение всего за год и сделать прототипы, чтобы очень быстро, всего за несколько месяцев, модернизировать свои «конструкции». В отличие от этого, использование старого подхода, который вставляет один единственный ген каждый раз, может занять несколько лет.
«Для меня наиболее важным аспектом этой статьи является то, что мы освоили технологию, которая поможет нам на нашем пути к рису C4, и теперь мы можем перейти к следующему этапу с более высокой скоростью, чем когда-либо прежде», — сказал заместитель CoETP. Директор профессор Сюзанна фон Каммерер, одна из соавторов этого исследования.
Предоставлено: Наталья Бейтман, CoETP.
Используя ту же технику, которую Хэл Хэтч использовал в 1966 году во время открытия пути C4, группа исследователей из Института Макса Планка смогла проследить за меченым CO 2 на его пути через этот путь.
«Это еще один ключевой результат, поскольку мы смогли доказать, что углекислый газ фиксируется с помощью пути C4. Другими словами, мы добились экспрессии генов, но мы также получили задействованные ферменты, чтобы они были активными и функционировали в растении справа. клетки », — говорит профессор фон Каммерер.
«Несмотря на то, что выращенные нами растения еще не работают очень эффективно как C4, теперь мы знаем, что часть их фотосинтеза проходит через путь C4», — говорит она.
«В исследовательскую группу входят ученые с разным опытом от микроскопии до физиологии, селекции растений и моделирования», — говорит доктор Флоренс Данила, отвечавшая за локализацию ферментов с использованием методов молекулярной микроскопии в узле рисового проекта ANU C4.
«Мы начали проект по рисовому рису C4 десять лет назад, в котором участвовали шестнадцать лабораторий в одиннадцати странах. Это конкретное исследование заняло у нас пять лет, а также скоординированные усилия нескольких исследователей из различных организаций по всему миру, включая Вашингтонский государственный университет, Оксфордский университет. , Кембриджский университет, ANU и Институт Макса Планка », — говорит профессор Роберт Фербанк, директор Центра передового опыта ARC по трансляционному фотосинтезу и один из авторов исследования.
«Наш следующий шаг — собрать конструкцию с использованием шестнадцати генов , поэтому у нас много работы. Это первые шаткие шаги на пути к получению риса C4. Эти результаты показывают, что мы можем управлять всем метаболическим путем. Эти результаты показывают, что создание возможен функциональный рис C4 », — говорит профессор Фербанк.