Учёные нашли у растений «молекулярную липучку», которая может повысить урожайность

Международная группа учёных обнаружила необычную молекулярную стратегию, которую используют редкие наземные растения — печёночники (антоцеротовые). Это открытие может в будущем помочь перепроектировать такие важные культуры, как пшеница и рис, чтобы они значительно эффективнее превращали солнечный свет в пищу.

Исследование сосредоточено на ферменте Рубиско, который захватывает углекислый газ из воздуха в процессе фотосинтеза, но работает медленно и часто взаимодействует с кислородом, что снижает эффективность роста растений.

«Рубиско, возможно, самый важный фермент на планете, потому что это точка входа почти для всего углерода в пище, которую мы едим. Но он медленный и легко отвлекается на кислород», — пояснил соавтор исследования, доцент Фэй-Вэй Ли.

Учёные изучали печёночники — единственные наземные растения, у которых есть компартменты для концентрирования углерода, похожие на те, что есть у водорослей. Оказалось, что у печёночников для этого используется не отдельный белок, а модифицированный компонент самого Рубиско, названный RbcS-STAR.

Дополнительный сегмент STAR ведёт себя как «молекулярная липучка», заставляя молекулы Рубиско слипаться и образовывать скопления внутри клетки.

Эксперименты показали, что добавление компонента STAR к Рубиско в другом виде печёночника и в лабораторном растении Arabidopsis вызывало формирование плотных скоплений фермента.

«Мы даже попробовали прикрепить только «хвост» STAR к нативному Рубиско Arabidopsis, и это вызвало тот же эффект кластеризации. Это говорит о том, что STAR — это модульный инструмент, который может работать в разных растительных системах», — сказал соавтор исследования, профессор Алистер Маккормик.

Это открытие особенно важно для сельского хозяйства, так как предполагает, что учёные смогут вызвать кластеризацию Рубиско в сельскохозяйственных культурах, просто добавив этот универсальный компонент.

«Мы построили «дом» для Рубиско, но он не будет эффективным, пока мы не обновим «систему вентиляции»», — отметила соавтор исследования, доцент Корнеллского университета Лора Ганн, имея в виду необходимость эффективной доставки CO₂ к ферменту.

Повышение эффективности фотосинтеза даже незначительно может увеличить урожайность и снизить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду. Исследование было опубликовано в журнале Science.