;
Наука 18 апреля 2022

Ученые «воскресили» древний фермент, чтобы прокормить 9 млрд человек к 2050 году

Далее

Сотрудники университета Корнелла описали в статье для журнала Science Advances свой прорыв в улучшении фотосинтеза некоторых продовольственных культур.

Ученые придумали, как адаптировать растения к быстрым изменениям климата и увеличению урожайности, чтобы к 2050 году прокормить прогнозируемые 9 млрд человек.

Они разработали вычислительный метод, который позволил ученым определить перспективные ферменты-кандидаты для улучшенного фотосинтеза растений. Их можно внедрить в современные сельскохозяйственные культуры и, в конечном счете, повысить урожайность.

Новый метод опирался на историю эволюции. Исследователи предсказали состояние генов рибулозобисфосфаткарбоксилазы (RuBisCO) 20-30 млн лет назад, когда уровень углекислого газа на Земле был выше, чем сегодня. Тогда ферменты RuBisCO в растениях были адаптированы к таким экстремальным уровням.

Рибулозобисфосфаткарбоксилаза — фермент, катализирующий присоединение углекислого газа к рибулозо-1,5-бисфосфату на первой стадии цикла Кальвина, а также реакцию окисления рибулозобифосфата на первой стадии процесса фотодыхания.

Фактически, ученые «возродили» древний фермент, чтобы улучшить его для включения в сельскохозяйственные культуры. Это поможет им в адаптации к жарким и засушливым условиям будущего климата, поскольку деятельность человека увеличивает концентрацию удерживающего тепло газа CO₂ в атмосфере Земли.

Современный вариант RuBisCO «вытягивает» углерод из CO₂ для создания сахаров, но делает это очень медленно. Кроме того, иногда он катализирует реакцию с кислородом воздуха и создает токсичный побочный продукт, тратит энергию и делает фотосинтез неэффективным.

Теперь ученые реконструировали филогенез Rubisco, используя растения Solanaceae. «Получив множество [генетических] последовательностей Rubisco в существующих растениях, можно построить филогенетическое дерево, чтобы выяснить, какие RuBisCO, вероятно, существовали 20–30 млн лет назад», — объясняют авторы исследования.

Древние ферменты RuBisCO, предсказанные на основе современных растений Solanaceae, показали реальные перспективы в плане большей эффективности. В дальнейшем ученые попробуют заменить гены существующего фермента RuBisCO в табаке (модельном растении) наследственными последовательностями с использованием технологии CRISPR. Затем они измерят, как это повлияет на производство биомассы.

Читать далее:

Белорусский физик работает над квантовым интернетом: это первый шаг к телепортации

Один из крупнейших шельфовых ледников разрушился из-за потоков воды

Стандартная модель физики уже не актуальна? Главное о новой работе ученых на коллайдере