Фотосинтез не зависит от увеличения числа каналов для CO₂ в мембранах растений

В исследовании, опубликованном в Journal of Experimental Botany, учёные из Австралийского национального университета (ANU) попытались повысить урожайность культур, воздействуя на фотосинтез. Они исследовали эффект увеличения числа каналов для углекислого газа (CO₂) в мембранах клеток растений, но не обнаружили влияния на фотосинтез у модельных растений табака.

Фотосинтез зависит от поступления CO₂ в хлоропласты клеток листа, где он фиксируется ферментом Rubisco в сахара. На пути к хлоропласту CO₂ должен диффундировать через клеточные стенки и мембраны мезофилла. Увеличение этой мезофильной проводимости (mesophyll conductance) теоретически должно ускорить фотосинтез и повысить эффективность использования воды.

Исследователи нацелились на мембраны клеток листа, чтобы сделать перенос CO₂ более эффективным. Для этого они увеличили количество белков-аквапоринов в плазматических мембранах растений табака.

Старший автор работы доктор Майкл Гросманн пояснил: «Аквапорины — это мембранные каналы, которые могут облегчать движение молекул, таких как вода и газы, через мембраны. Наше исследование подтверждает, что каналы локализуются в плазматической мембране клеток листа».

Ранее было установлено, что в тестовых системах подгруппа растительных аквапоринов, плазматические мембранные внутренние белки (Plasma-membrane Intrinsic Proteins, PIPs), способна переносить CO₂. Однако их роль в мезофильной проводимости у целых растений оставалась спорной.

«В этом исследовании нам удалось ввести больше каналов PIP-аквапоринов в мембрану клеток мезофилла, но, что удивительно, это не привело к заметному увеличению проводимости CO₂ через клетку мезофилла и не повлияло на скорость фотосинтеза», — сообщила исследователь RIPE доктор Тори Кларк.

Профессор молекулярной физиологии растений ANU Сюзанна фон Кемерер, руководившая исследованием вместе с Гросманном, отметила: «Рост растений и условия окружающей среды могут играть значительную роль в способности аквапоринов изменять мезофильную проводимость».

Компьютерное моделирование, использованное в работе, предсказало, что для улучшения общей мезофильной проводимости на 20% количество CO₂, пересекающего растительную клеточную мембрану, должно удвоиться.

Хотя повышения фотосинтеза в этом исследовании достичь не удалось, работа углубила понимание движения CO₂ от атмосферы к хлоропласту. «Основываясь на полученных знаниях, мы теперь можем сосредоточить усилия на лучшем понимании функции аквапоринов и на том, как можно улучшить мезофильную проводимость и фотосинтез», — заключил Гросманн.