Новое понимание фотосинтеза поможет выращивать более устойчивые растения
Исследовательская группа под руководством Университета штата Вашингтон создала компьютерную модель, чтобы понять, как растения запасают энергию в тилакоидной мембране — ключевой структуре для фотосинтеза в листьях.
Точность математической модели была подтверждена лабораторными экспериментами. Работа опубликована в журнале Nature Plants.
«Мы предоставили важный элемент для общей головоломки метаболизма растений», — сказал Хельмут Кирхгоф, профессор Института биологической химии WSU. — «Если мы интегрируем нашу модель в общую картину, это может указать хороший путь к тому, как улучшить растения для определённых условий».
Растения преобразуют солнечный свет в полезную энергию посредством фотосинтеза, но постоянно корректируют, где и как они хранят эту само-произведённую энергию, в зависимости от уровня освещённости, температуры, влажности и других факторов.
Понимание того, как растения осуществляют эти корректировки, может улучшить наше понимание их работы в полевых условиях и помочь в создании новых растений, способных выдерживать повышение температур из-за изменения климата.
Модель, созданная Кирхгофом и его коллегами, может иметь широкие последствия и преимущества в будущем, когда будет интегрирована с другими моделями для более детального изучения механизмов фотосинтеза.
Преобразование энергии солнечного света и её запасание происходит в специализированных тилакоидных мембранах хлоропластов в листьях.
«Она функционирует как батарея», — пояснил Кирхгоф. — «В листьях растения перекачивают протоны с одной стороны тилакоидной мембраны на другую, создавая градиент положительных и отрицательных зарядов».
Для регулирования этого запаса энергии ионные каналы контролируют колебания количества доступной энергии.
Понимание этого сложного процесса может стать ключом к решению проблемы питания людей на нагревающейся планете.
«Фотосинтез очень мощный», — отметил Кирхгоф. — «Если его не контролировать, он может производить слишком много энергии, что создаёт опасные молекулы, способные убить растение. Создание растений с лучшим контролем фотосинтеза означало бы, что они смогут выживать в более солнечных и тёплых условиях».
Учёные освещали листья светом различной интенсивности и измеряли изменения в поглощении и флуоресценции.
«Мы освещаем листья разной интенсивностью света, чтобы создать возбуждённые состояния в пигментах», — сказал Кирхгоф. — «Затем лист меняет свои свойства поглощения и флуоресценции, которые мы измеряем, что говорит нам о том, что происходит внутри листа».