Раскрыт первый этап биосинтеза фукоксантина — коричневого пигмента водорослей

Морские водоросли ежегодно преобразуют в биомассу посредством фотосинтеза примерно столько же углекислого газа, сколько все наземные растения вместе взятые. В отличие от зелёных наземных растений, многие водоросли имеют коричневатый цвет. Пигменты, ответственные за это, — каротиноиды. Фукоксантин, светособирающий пигмент, используемый большинством морских водорослей, является одним из самых распространённых каротиноидов в мире, однако его биосинтез долгое время оставался неизученным.

Идентифицирован первый этап биосинтеза

Исследователи из Университета Иоганнеса Гутенберга в Майнце в сотрудничестве с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли выявили первый этап биосинтеза фукоксантина. Ответственный за него фермент тесно связан с уже хорошо изученным виолаксанти́н-деэпоксида́зой, которая присутствует у наземных растений и большинства водорослей и запускает образование фотозащитных каротиноидов при стрессе от яркого света.

«Наша работа показывает, что водоросли дублировали отдельные инструменты из набора ферментов, необходимых для образования этих каротиноидов, а затем развили новую функцию для одной из копий. Это позволило им эволюционировать более сложные пигменты с изменёнными свойствами поглощения, которые особенно эффективны в качестве светособирающих пигментов», — пояснил руководитель проекта доктор Мартин Лор.

Роль VDL-белков

Более десяти лет назад группа доктора Лора обнаружила первые свидетельства ферментативной функции новой формы этих ферментов, названной VDL-белком (violaxanthin de-epoxidase-like), который встречается исключительно у водорослей. Техники для исследования функции VDL были установлены после того, как соавтор исследования доктор Оливер Даутерман внедрил фермент в листья табака. Это позволило сравнить характеристики VDL-белков из различных водорослей.

Результаты подтвердили ключевую роль VDL как фермента в биосинтезе фукоксантина и других светособирающих каротиноидов водорослей, таких как перидинин у динофлагеллят. Окончательные доказательства были получены, когда два постдока из группы профессора Криса Ниоги в Беркли выделили водоросль с дефектным геном VDL. Анализ пигментов подтвердил, что биосинтез каротиноидов у этого мутанта прерывается на стадии пигмента виолаксантина.

Перспективы и сложности

Пока рано говорить, можно ли будет перенести способность образовывать фукоксантин в сельскохозяйственные культуры и приведёт ли это к увеличению урожайности. Недавние исследования группы Лора в сотрудничестве с американскими партнёрами показывают, что путь биосинтеза фукоксантина у многих водорослей сложнее, чем считалось ранее. Таким образом, в обозримом будущем зелёный цвет по-прежнему будет преобладать у наземных растений.