Многокоренник обыкновенный демонстрирует метаболическую гибкость при смене типа питания

Ряски — быстрорастущие водные растения — перспективны для производства биоэнергии и улавливания CO₂ благодаря простому строению, высокой скорости роста и содержанию крахмала. Однако текущее культивирование в фотоавтотрофном режиме не оптимально для максимального роста и накопления биомассы.

Ранее было показано, что ряска не является облигатным фотоавтотрофом и может расти на различных органических субстратах при свете или в темноте (фотогетеротрофный, миксотрофный и гетеротрофный режимы). Миксотрофный рост, использующий как фотосинтез, так и дыхание, значительно быстрее, что указывает на синергию и «перекрёстные взаимодействия» между хлоропластами и митохондриями. Молекулярные механизмы этого процесса были неизвестны.

Исследовательская группа под руководством профессора Хоу Хунвэя из Института гидробиологии Китайской академии наук раскрыла молекулярный механизм миксотрофного роста. Результаты опубликованы в New Phytologist.

Учёные использовали биохимические, физиологические и мульти-омиксные методы. Они обнаружили, что у миксотрофной ряски по сравнению с фотоавтотрофной значительно подавлены механизм концентрирования CO₂ и фотосинтетические пути.

Протеомный и метаболомный анализ показал значительное усиление путей дыхания (гликолиз, цикл трикарбоновых кислот, пентозофосфатный путь и ферментация). Это привело к повышению внутриклеточной концентрации CO₂ и снижению концентрации O₂.

В результате у миксотрофной ряски подавляется фотодыхание и окислительное повреждение, что снижает масштабные затраты вещества и энергии и обеспечивает максимальное накопление биомассы.

Исследование закладывает основу для использования метаболического переключения у ряски с целью повышения выхода биоэнергии и пищевой продукции.