Ученые обнаружили ген, который усиливает фотосинтез и увеличивает высоту растений

Тополиный ген BOOSTER усиливает фотосинтез и биомассу, что может быть использовано для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Исследователи из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов при Иллинойском университете в Урбане-Шампейне в сотрудничестве с Центром инноваций в области биоэнергетики при Национальной лаборатории Оук-Ридж обнаружили у тополей ген, который улучшает фотосинтез и может увеличить высоту деревьев.

Хлоропласты являются основными структурами клеток, в которых размещается фотосинтетический аппарат, преобразующий энергию света в химическую энергию, которая питает рост растений. В частности белок Рубиско захватывает углекислый газ из атмосферы. Ученые годами работали над способами увеличения количества Рубиско в растениях для повышения урожайности и поглощения CO₂.

«Исторически многие исследования были сосредоточены на стационарном фотосинтезе, где каждое условие сохраняется постоянным. Однако это не является репрезентативным для полевой среды, в которой свет может все время меняться, — говорит Стивен Берджесс, доцент кафедры интегративной биологии в Иллинойсе. — За последние несколько лет эти динамические процессы считались более важными и не до конца изученными».

В новом исследовании ученые сосредоточились на тополе, поскольку это быстрорастущая культура и ведущий кандидат для производства биотоплива и биопродуктов. Они отобрали около тысячи деревьев на открытых исследовательских участках и проанализировали их физические характеристики и генетический состав, чтобы провести исследование ассоциаций по всему геному. Команда использовала GWAS (полногеномный поиск ассоциаций) для поиска генов-кандидатов, которые были связаны с фотосинтетическим тушением — процессом, который регулирует, как быстро растения приспосабливаются между солнцем и тенью и рассеивают избыточную энергию от слишком большого количества солнца, чтобы избежать повреждений.

Один из генов, который исследователи назвали BOOSTER, оказался необычным, поскольку он уникален для тополя и, хотя находится в ядерном геноме, содержит последовательность, которая произошла от хлоропласта.

Команда выявила, что этот ген способен увеличивать содержание Рубиско и последующую фотосинтетическую активность, что приводит к более высоким полярным растениям при выращивании в тепличных условиях. В полевых условиях ученые обнаружили, что генотипы с более высокой экспрессией BOOSTER были на 37 процентов выше, увеличивая биомассу на растение. Команда также ввела BOOSTER в другое растение — Arabidopsis или кресс-салат Таля, что привело к увеличению биомассы и производства семян. Это открытие указывает на более широкую применимость BOOSTER для потенциального повышения урожайности других растений.

«Это захватывающий первый шаг, хотя это эксперименты небольшого масштаба, и предстоит проделать большую работу. Если мы сможем воспроизвести результаты в больших масштабах, этот ген может потенциально увеличить производство биомассы в сельскохозяйственных культурах», — подчеркнул Берджесс.

Следующие шаги в исследовании могут включать тестирование на других биоэнергетических и пищевых растениях, при этом исследователи будут регистрировать продуктивность в различных условиях выращивания для анализа долгосрочного успеха. Они также будут изучать другие гены, которые были идентифицированы в исследовании GWAS, которые могут способствовать улучшению урожая.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.