Моделирование фотосинтеза показало возможности для его улучшения

Исследователи сообщают, что обучение сельскохозяйственных растений концентрировать углекислый газ в листьях может повысить эффективность фотосинтеза на 60%, а урожайность — до 40%.

Команда использовала компьютерную модель, чтобы смоделировать, как добавление генов от фотосинтезирующих водорослей — цианобактерий — может повлиять на эффективность фотосинтеза у растений. Цианобактерии содержат небольшие структуры, карбоксисомы, которые концентрируют CO₂ в месте фотосинтеза.

Моделируя всю систему, исследователи добавляли компоненты цианобактериальной системы по одному в свою компьютерную симуляцию. Они обнаружили, что одни гены карбоксисом препятствовали, а другие — значительно повышали эффективность фотосинтеза у таких культур, как соя, рис и маниок. Например, добавление гена для транспортера бикарбоната, который переносит CO₂ через мембрану карбоксисомы, усиливает фотосинтез на 6%.

При введении около восьми компонентов системы карбоксиом модель предсказывает увеличение фотосинтеза на 60%.

Моделирование фотосинтеза у сельскохозяйственных растений оказалось эффективным способом определить, какие генетические манипуляции будут наиболее плодотворными, что позволяет избежать бесполезной траты времени и средств в лаборатории.

Однако реализация этого подхода займёт много лет: первые испытания концепции на модельном растении могут занять около пяти лет, а внедрение в сельскохозяйственные культуры — 15–20 лет.

Эта работа особенно актуальна, поскольку, по прогнозам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), к середине века потребуется примерно на 70% больше основных продуктов питания, а подходы «Зелёной революции» приближаются к своим биологическим пределам.

Исследование опубликовано в журнале Plant Physiology.