Есть два вида фотосинтеза: С3 и С4. Большинство пищевых культур зависят от фотосинтеза C3, когда углерод фиксируется в сахаре внутри клеток, называемых мезофиллом, где много кислорода. Однако кислород может препятствовать фотосинтезу. Посевы C4 развили специализированные клетки оболочки пучка для концентрации углекислого газа, что делает фотосинтез C4 на 60 процентов более эффективным.
В этом исследовании ученые хотели выяснить, как культуры C4 могут экспрессировать несколько важных ферментов внутри клеток оболочки пучка вместо мезофилла.
«Конечная цель – понять эти механизмы, чтобы мы могли улучшить фотосинтез C3 в пищевых культурах, таких как вигна и маниока, от которых мелкие фермеры в странах Африки к югу от Сахары зависят от продуктов питания и доходов своих семей», – сказал Чиди Афамефуле. постдокторский исследователь, работающий над реализацией повышенной фотосинтетической эффективности (RIPE) в Эссексе.
Под руководством Университета Иллинойса в Carl R. Институт геномной биологии им. Везе, RIPE стремится увеличить производство продуктов питания за счет улучшения фотосинтеза при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс, Фонда продовольственных и сельскохозяйственных исследований и U.K. Министерство иностранных дел, по делам Содружества и развития. Проект RIPE и его спонсоры стремятся обеспечить глобальный доступ и сделать технологии проекта доступными для фермеров, которые в них больше всего нуждаются.
Команда сравнила ДНК четырех травяных культур C3 (включая ячмень и рис) и четырех травяных культур C4 (включая кукурузу и сорго). Их цель состояла в том, чтобы идентифицировать участки ДНК, которые могли бы контролировать экспрессию четырех ферментов, участвующих в фотосинтезе.
Это исследование, вероятно, является первым сравнением экспрессии этих ферментов (SBPase, FBPase, PRK и GAPDH) в культурах C3 и C4.
«Было бы здорово найти« главный регулятор », который работает со всеми этими ферментами, но мы не нашли его и подозреваем, что его не существует», – сказал Афамефуле, руководивший исследованием из своей квартиры во время пандемия.
Вместо этого они обнаружили, что культуры C4 имеют несколько «активаторов» в своей ДНК, которые запускают экспрессию в оболочке пучка, и «репрессоров», которые ограничивают экспрессию в мезофилле. Они надеются, что смогут использовать этот генетический код для улучшения фотосинтеза менее эффективных культур C3 в будущем.
«Уже предпринимаются усилия, чтобы помочь посевам C3 работать больше, чем посевы C4», – сказала главный исследователь Кристин Рейнс, профессор Школы естественных наук в Эссексе, где она также является про-вице-канцлером по исследованиям. «Подобные исследования помогают нам идентифицировать мелкие детали в невероятно сложной машине, которую мы должны понять, прежде чем мы сможем ее настроить и реинжиниринг»."
Следующим шагом будет проверка этих результатов в лабораторных условиях.
Команда вернулась к своим лабораторным столам 6 июля 2020 года, соблюдая все рекомендуемые правила безопасности Школы наук о жизни в Эссексе.
Реализация повышения эффективности фотосинтеза (RIPE) направлена на улучшение фотосинтеза и оснащение фермеров во всем мире более урожайными культурами, чтобы у каждого было достаточно еды для ведения здоровой и продуктивной жизни. RIPE спонсируется Фондом Билла и Мелинды Гейтс, U.S.
Фонд продовольственных и сельскохозяйственных исследований и U.K. Министерство иностранных дел, по делам Содружества и развития.
RIPE возглавляется Иллинойским университетом в партнерстве с Австралийским национальным университетом, Китайской академией наук, Организацией научных и промышленных исследований Содружества, Ланкастерским университетом, Университетом штата Луизиана, Калифорнийским университетом, Беркли, Кембриджским университетом, Эссексским университетом и U.S.
Департамент сельского хозяйства, Служба сельскохозяйственных исследований.