Раскрыта тайная жизнь растений: открытие имеет значение для производства пищи и хранения углерода

Открытие биохимиков растений из Западной Австралии может иметь большие последствия для того, как мы используем растения для производства пищи и хранения углерода в будущем.

Растения дышат, и этот процесс — дыхание — высвобождает CO₂. Команда ученых из Школы молекулярных наук Университета Западной Австралии (UWA) обнаружила ранее неизвестный процесс, который определяет, сколько углекислого газа растения выделяют в атмосферу.

"Растительное дыхание, в принципе, довольно похоже на то, как наши собственные митохондрии используют субстрат с высоким содержанием энергии для создания энергии, которую может использовать клетка", — говорит аспирант UWA Ксуен Ле. Разница в том, что растениям нужен сахар, который они производят в процессе фотосинтеза днем, чтобы "сжигать" его ночью.

Сжигание этих сахаров для получения энергии производит углекислый газ. Любой избыток сахара, не использованный для энергии, хранится в растении в виде биомассы.

Ключевая молекула — пируват

Исследователи сосредоточились на ключевой молекуле дыхания — пирувате. Она производится из жиров, белков и углеводов. Каждый источник высвобождает CO₂ при использовании для питания дыхания. Однако пируват, произведенный из углеводов, высвобождает на 20–30% больше CO₂, чем пируват из жиров или белков.

Оказалось, что растения могут выбирать, какой источник пирувата использовать. "Каким-то образом они могут выбирать, какой из них использовать, и предпочитают пируват из [углеводного источника] для дыхания", — говорит Ксуен Ле. К сожалению, это означает, что растения выбирают высвобождение большего количества CO₂.

"Нам действительно нужны растения, которые производят необходимое им количество энергии... но делают это с наименьшим количеством выделяемого углерода", — говорит профессор Харви Миллар, мировой лидер в области науки о растениях.

Путь с наименьшим углеродом

Способ производства энергии растениями неэффективен, и они часто производят больше энергии, чем им нужно. Команда предложила новый подход, чтобы замедлить процесс дыхания у растений и сократить их выбросы CO₂.

"Мы выяснили, что существует три пути снабжения пируватом митохондрий для дыхания", — объясняет Ксуен Ле. "Когда один был заблокирован, два других активизировались и увеличивали свою мощность, чтобы удовлетворить потребности клетки".

Блокируя определенные пути образования пирувата, ученые надеются стимулировать использование растениями тех источников энергии, которые ограничивают выброс CO₂. Ограничивая ненужное производство энергии, они стремятся перенаправить углерод в биомассу, а не в CO₂.

Будущее за растениями?

Хотя работа находится на ранней стадии, потенциальные применения этого открытия могут быть значительными:

• Сельскохозяйственные культуры могли бы расти больше и быть более калорийными.
• Проекты по восстановлению растительности можно было бы ускорить.
• Древесину можно было бы выращивать быстрее.
• Растения могли бы хранить CO₂ гораздо быстрее.

"Мы используем сельское хозяйство для производства пищи, и это действительно ценно, но это также... то, как мы защищаем здоровье нашей атмосферы", — говорит Харви Миллар.

Команда надеется, что это новое понимание биологии растений может стать частью совместных глобальных усилий по борьбе с изменением климата и обеспечению продовольственной безопасности.