Учёные опровергли потенциальную связь с холодоустойчивостью сельхозкультур

При понижении температуры фермент Rubisco, который обеспечивает рост и урожайность растений, становится менее активным. Многие культуры компенсируют это, производя больше Rubisco. Учёные предполагали, что у некоторых растений может не хватать места в листьях для увеличения производства этого фермента, что делает их более уязвимыми к холоду. Новое исследование Университета Иллинойса и Массачусетского технологического института опровергает эту теорию, но показывает, что эти культуры всё ещё далеки от достижения своего фотосинтетического потенциала.

Было известно, что у сои, риса и других C3-растений есть место для дополнительного Rubisco в листьях. Однако C4-растения — такие как кукуруза и сахарный тростник — используют мезофильные клетки для биохимической "накачки" углекислого газа во внутренние клетки, называемые обкладкой проводящего пучка, где Rubisco находится в условиях концентрации CO₂, в десять раз превышающей атмосферную. Больше CO₂ делает Rubisco более эффективным.

«Но, изолировав фермент только в одной части листа, останется ли достаточно места для большего количества Rubisco, необходимого при более низких температурах?» — сказал Стивен Лонг.

Опубликованное в Journal of Experimental Botany исследование измерило объём хлоропластов, содержащих Rubisco, в обкладках пучка кукурузы, сахарного тростника, а также холодоустойчивого мискантуса. Команда пришла к выводу, что объёмы хлоропластов у этих C4-культур достаточны, чтобы вместить более чем достаточно Rubisco для фотосинтеза при низких температурах. Любопытно, что у мискантуса были самые маленькие хлоропласты, что показало отсутствие связи между объёмом хлоропластов и холодоустойчивостью.

«Тем не менее, эти растения всё ещё не способны достичь своего максимального потенциального выхода энергии, — сказал ведущий автор Чарльз Пиньон. — Теперь, когда мы исключили пространство как ограничивающий фактор, нам нужно изучить, какие другие факторы влияют на холодоустойчивость этих важных культур».

Расшифровка ключа к холодоустойчивости позволит учёным расширить регион и сезон выращивания этих культур для увеличения производства продовольствия и биоэнергии по всему миру. Далее исследователи планируют сравнить холодоустойчивость сортов мискантуса, чтобы определить важные различия.

Открытая статья "Bundle sheath chloroplast volume can house sufficient Rubisco to avoid limiting C4 photosynthesis during chilling" опубликована в Journal of Experimental Botany.