21 ноември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Създадоха растения с усъвършенствана фотосинтеза

Нов начин за генетично коригиране на фотосинтезата увеличава добива на културите

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 06 януари 2019 в 08:5632840
Полевите тестове с растения в реални условия в селското стопанство разкриха как промяната на генетичните инструкции на растенията за процес, наречен фотодишане, увеличава добива на реколтата. Снимка: Brian Stauffer/Univ. of Illinois

Едно голямо постижение на генното инженерство опрости сложна, енергийно скъпа операция, която повечето растения трябва да изпълняват по време на процеса фотосинтеза. Това опростяване и ускоряване на ключови стъпки във фотосинтезата позволява да се произвеждат растения с повишена продуктивност, съобщава Science News.

По време на полеви тестове, генетично модифицираният по този начин тютюн увеличи растежа му с над 40%. Ако се стигне до подобни резултати при други култури, това би могло да помогне да се посрещнат нуждите от храна на нарастващото население в световен мащаб, пишат учените от Университета на Илинойс в Ърбана-Шапейн в статията си, публикувана в списание Science от 4 януари.

Фотосинтезата е поредица от реакции, които се извършват от растенията, цианобактериите и някои други организми, по време на които енергията на слънчевата светлина се използва за синтезиране на органични молекули от вода и въглероден диоксид.

Първата стъпка на този процес е фиксацията на атмосферния CO2 , която се извършва от ензима рибулозобисфосфаткарбоксилаза (РуБисКО). Неговата основна задача е да помогне за превръщането на въглеродния диоксид от атмосферата в захари, които подхранват растежа на растенията.

Схема: Ross Koning

РуБисКО е широко разпространен, съставя до 30% в листата на растенията, но не особено ефективен, защото често „прави грешки” и вместо CO2 случайно хваща O2. Тази реакция дава началото на биохимичен път, наречен фотодишане, който е неефективен, защото води до загуба на вече фиксиран въглерод под формата на CO2.

Фотодишането води до намаляване на продуктивността на растенията. А тези грешки на РуБисКО, които се случват през около 20% от времето, генерират токсичното съединение гликолат, което растението трябва да рециклира в полезни молекули чрез фотодишането. Това разхищаване на енергия може да намали добивите от 20 до 50% в зависимост от вида на растенията и условията на околната среда.

Алтернативни пътеки за фотодишане в тютюна. Три алтернативни пътя [1 (червено), 2 (тъмно синьо) и 3 (светло синьо)] се въвеждат в тютюневите хлоропласти за по-ефективно рециклиране на гликолата. Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field, 
Paul F. South et al, Science 04 Jan 2019

Сега изследователите описват експерименти, които да заменят естествените начини за използване на вторичните продукти от реакцията на РуБисКО с кислорода с нови, по-ефективни.

Обикновено са нужни девет реакции, но използвайки генно инженерство, изследователите от новото проучване проектират по-директен химически път за фотодишането.

Авторите на новото изследване успяват да вместят процеса само в две стъпки, като използват ензими, чиито гени са взети от тиква и едноклетъчни водорасли и превръщат фосфогликолата в ябълчна киселина, която лесно се използва от растителните клетки.

Модифицирането на генетичните инструкции в тютюневите растения за фотосинтезата увеличава растежа на тютюневите растения с около 40% (вляво) в сравнение с немодифицираните растения (вдясно). Brian Stauffer/Univ. of Illinois

Новата система за използване на фосфогликолата е въведена в тютюневия геном. Растенията се отглеждат в оранжерия и учените наблюдават тяхната производителност. Резултатите показват, че новият, двуетапен път за усъвършенстване на фотосинтезата позволява повишаване на производителността средно с 25%, а в някои случаи и с 40%.

Бъдещи експерименти с други различни видове растения ще покажат дали тази фиксация на фотодишането ще създаде същата, както при тютюна, ефективност при други култури. Екипът в момента провежда оранжерийни експерименти с картофи с новия набор от генетични модификации и планира да направи подобни тестове със соя, грах и ориз.

Вероятно ще са нужни поне още пет до десет години, докато тези генетични модификации бъдат одобрени за употреба в земеделските стопанства.

Интересно е защо в процеса на еволюцията не са изчезнали "грешките" на РуБисКО?

Сравнителният анализ на ензима в различни организми показва, че РуБисКО е съществувал преди 3,5 милиарда години, когато в атмосферата имало малко кислород и по това време той е заел ключова позиция в цикъла на усвояване на въглерода при фотосинтезата. В същото време функцията на оксигеназа в условията на ниско съдържание на кислород не играе съществена роля. С увеличаването на съдържанието на кислород, загубата на асимилирания въглерод в резултат на фотодишането се увеличава, но сложността на структурата на РуБисКО очевидно възпрепятства еволюцията на каталитичния център да елиминира оксигеназната активност. Тази хипотеза косвено се потвърждава от липсата на значителен успех досега в опитите да се увеличи афинитета на РуБисКО към въглеродния диоксид чрез генно инженерство


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.