С лишним сахаром листья тоже толстеют
Если есть слишком много и не заниматься спортом, вы, вероятно, наберёте несколько килограммов. Оказывается, листья растений делают нечто подобное. В новом исследовании Национальной лаборатории Брукхейвен Министерства энергетики США учёные показали, что удержание сахаров в листьях растений также может привести к накоплению в них жира.
У растений это дополнительное накопление жира может быть полезным. Это может помочь превратить растения в фабрики для производства биотоплива и других полезных химических веществ. Но нельзя просто кормить растения печеньем и пончиками, чтобы заставить листья производить больше масла.
«Растения производят собственную пищу, — сказал биохимик Джон Шэнклин, руководивший исследованием. — Они преобразуют солнечный свет, воду и углекислый газ в сахара посредством фотосинтеза, и эти сахара обычно транспортируются из листьев в другие части растения и превращаются в другие соединения, необходимые для роста и развития. Масла, как правило, не накапливаются до высоких уровней, за исключением некоторых семян».
Чтобы склонить баланс в пользу более высокого производства и накопления масла в листьях — которые были бы более доступны, чем семена, для производства биохимикатов — учёным потребовались детальные знания о биохимических процессах, управляющих метаболическими путями, и генах, которые их контролируют. Как описано в статье, опубликованной в журнале Plant Physiology, команда Брукхейвена селективно скрещивала растения, чтобы объединить ряд признаков, блокирующих некоторые пути транспорта и преобразования сахара, что привело к увеличению производства и накопления масла.
Учёные подозревали, что удержание большего количества сахара в листьях увеличит производство масла в этих вегетативных тканях, основываясь на их более ранних исследованиях. Та работа показала, как высокий уровень сахара ингибирует регуляторный белок, играющий ключевую роль в расщеплении другого белка, который служит переключателем для включения генов производства масла. В текущем исследовании учёные обнаружили повышенные уровни белка-«включателя» вместе с более высокими уровнями предшественников масла и самого масла.
«Комбинирование генетических мутаций, которые уменьшают транспорт сахара из листьев и превращение сахаров в крахмал, повышает уровень сахара в листьях, — сказал Шэнклин. — Этот избыток сахара стимулирует увеличение производства масла, стабилизируя «включатель» масла, а также поставляя углеродные строительные блоки, необходимые для производства большего количества масла в листьях».
Учёные также вывели растения, сочетающие признаки повышения сахара с другими мутациями, включая ту, что ограничивает расщепление растительных липидов, что привело к дальнейшему увеличению накопления предшественников масла в листьях.
«В нескольких случаях комбинации этих мутаций помогли склонить метаболизм растений к производству и хранению большего количества масла в листьях, чем ожидалось», — сказал Шэнклин.
«Результаты этих фундаментальных биохимико-генетических исследований дают ценную информацию о взаимосвязи между сахаром, предшественниками масла и накоплением масла в листьях, которая поможет в биотехнологических усилиях по оптимизации накопления масла в вегетативных тканях экономически важных растений».