Ученые открыли путь к более эффективным и устойчивым урожаям

Израильское исследование фотосинтеза может открыть новые пути для инноваций в сельском хозяйстве, сделав сельскохозяйственные культуры более эффективными и устойчивыми к условиям окружающей среды, сообщает в четверг информационное агентство TPS.

Фотосинтез - это биохимический процесс, с помощью которого растения, водоросли и некоторые бактерии могут преобразовывать свет в химическую энергию в виде глюкозы, типа сахара, который используется для активизации их метаболизма. Чрезвычайно важным побочным продуктом этого процесса является кислород, выделяемый растениями. От 50 до 80 % кислорода на Земле является результатом фотосинтеза. Этот процесс также поглощает углекислый газ из атмосферы и лежит в основе пищевой цепи планеты.

Исследователи из Института Вейцмана в Реховоте под руководством доктора Рейнат Нево и профессора Зива Райха обнаружили, что фотосинтез адаптируется к различным уровням солнечного света путем реорганизации структуры мембран хлоропластов. Процесс фотосинтеза происходит в хлоропластах - органеллах растительных клеток, которые имеют специализированные мембраны. Эти мембраны играют важнейшую роль в обеспечении потока электронов между белками - ключевого аспекта преобразования солнечной радиации в химическую энергию, которую могут использовать растения. До недавнего времени ученые считали, что пространственная структура этих мембран представляет собой проблему для фотосинтеза, поскольку заставляет электроны преодолевать большие расстояния между белками, замедляя весь процесс.

Но команда исследователей под руководством Рейната Нево обнаружила, что эти мембраны не являются статичными. Вместо этого они меняют свою организацию в зависимости от количества доступного света. Исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Plants.

Основываясь на этом открытии, команда исследователей провела эксперимент с использованием генетически модифицированных растений. В одной группе растений мембраны хлоропластов были зафиксированы в положении яркого света, удерживая белки близко друг к другу даже в темноте. В другой группе мембраны постоянно находились в темном режиме, а белки были расположены на расстоянии друг от друга. Результаты были очевидны: растения с мембранами хлоропластов, заблокированными в световом режиме, росли дольше и производили больше фотосинтеза по сравнению с теми, которые были заблокированы в темном положении.

Эти результаты говорят о перспективности генетически модифицированных культур для оптимизации фотосинтеза. Манипулируя пространственной структурой мембраны хлоропласта, растения также смогут более эффективно расти при более слабом или искусственном освещении.

Генетическая модификация растений для оптимизации фотосинтеза может привести к получению более богатых урожаев, особенно в регионах с непостоянным солнечным светом, бедными питательными веществами почвами или проблемным климатом. Кроме того, это открывает новые возможности для выращивания в закрытых помещениях или вертикального выращивания в городских районах, а также снижает затраты энергии, необходимые для выращивания продуктов питания в контролируемых условиях, таких как теплицы.