Инженерное увеличение мезофильной проводимости повышает эффективность фотосинтеза в полевых испытаниях
Исследователи из Университета Иллинойса показали, что можно инженерным путем увеличить мезофильную проводимость у растений. Этот параметр играет ключевую роль в фотосинтезе, определяя, насколько легко CO2 диффундирует через клетки листа к месту фиксации углерода, где он превращается в сахара.
CO2 сталкивается с барьерами при движении в листе, включая клеточные стенки. Ученые из Long Lab обнаружили, что увеличение проницаемости и небольшое уменьшение толщины клеточных стенок может повысить диффузию и поглощение CO2 у модельной культуры.
"Это один из немногих успешных примеров, показывающих, что мы можем сконструировать увеличение мезофильной проводимости и добиться повышения фотосинтеза в полевых условиях", — заявила Корали Саллес-Смит, ведущий автор статьи в Plant Biotechnology Journal.
"Теория показывает, что увеличение фотосинтеза через мезофильную проводимость возможно без затрат большего количества воды. Это важно в свете острой необходимости увеличения производства сельхозкультур и устойчивого использования воды".
Гипотеза команды заключалась в том, что улучшение диффузии CO2 через клеточную стенку повысит мезофильную проводимость и, как следствие, эффективность фотосинтеза.
Предыдущие работы коллег из проекта RIPE показали, что более тонкие клеточные стенки связаны с более высокой мезофильной проводимостью. Вдохновившись этим, Саллес-Смит решила проверить идею на модельном растении.
После анализа литературы фокус был сужен на сверхэкспрессии гена CGR3, который, как известно, изменяет компоненты клеточной стенки. Этот ген был внедрен в вид табака, который выращивался в полевых испытаниях в 2022 году вместе с контрольными растениями. Табак использовался как модельное растение из-за удобства работы в лаборатории и поле, а также для ускорения тестирования генетики.
"Нацеливание на клеточную стенку было очень важно, поскольку это один из основных компонентов, ограничивающих мезофильную проводимость. Уменьшение ее толщины и увеличение проницаемости облегчило бы путь CO2 к месту фиксации углерода", — пояснила Саллес-Смит.
Растения со сверхэкспрессией гена CGR3 показали:
Уменьшение толщины клеточной стенки на 7–13%
Увеличение пористости на 75%
Увеличение фотосинтеза в полевых условиях на 8% по сравнению с контрольными растениями.
"Мы надеялись, что эта модификация позволит большему количеству CO2 попадать в хлоропласт и использоваться для создания энергии, и это сработало. Но то, что это работает на модельной культуре, не гарантирует таких же результатов с пищевой культурой".
Основываясь на этих результатах, команда работает над тестированием модификации на сое, чтобы проверить, приведут ли аналогичные улучшения к повышению урожайности. Полевые испытания сои могут начаться уже в сезоне 2025 года.