Контакты
Американские ученые из Департамента энергетики Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) определили общий набор генов, которые обеспечивают различным засухоустойчивым растениям выживание в полузасушливых условиях. Это может сыграть важную роль в биоинженерии и создании энергетических культур, толерантных к дефициту воды.
В работе кроме ORNL были задействованы: вычислительный комплекс Объединенного института генома DOE, Институт биотехнологий HUDSONALPHA, Сельский и лесной университет Фуцзянь, Смитсонианский тропический исследовательский институт и университеты Ливерпуля, Оксфорда, Ньюкасла, Теннесси, Невады, Джорджии, Северного Иллинойса, Мичигана.
Исследуемые растения растут в засушливых районах, сохраняя свои устьица или поры закрытыми в течение дня, чтобы сберечь воду и открыться на ночь для сбора углекислого газа. Эта форма фотосинтеза, известная как crassulacean-кислотный метаболизм или CAM, эволюционировала на протяжении миллионов лет, и обеспечила водосберегающие характеристики таких растений, как каланхоэ, орхидея и ананас.
- CAM - это проверенный механизм для повышения эффективности использования водных ресурсов в растениях, - отмечает соавтор исследования Ксияохан Ян. - Поняв механизм построения защитного фотосинтеза, мы сможем при помощи биоинженерии организовать обменные процессы для влаголюбивых культур, таких, как - рис, пшеница, соя и тополь, чтобы ускорить их адаптацию к жесткому водному режиму.
Исследовательская команда при помощи суперкомпьютера подробно изучила геномы Kalanchoë fedtschenkoi, Phalaenopsis equestris и Ananas comosus (pineapple), и определила 60 генов, которые создались конвергентной эволюцией видов для дневного и ночного времени. В частности, ученые обнаружили новый вариант phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) - важного рабочего фермента, ответственного за ночное время фиксации углекислого газа в яблочную кислоту. Яблочная кислота затем преобразуется обратно в углекислый газ для дневного фотосинтеза.
Эти конвергентные изменения в экспрессии генов и последовательностей белка могут быть введены для повышения засухойстойчивости в растения, которые используют традиционный фотосинтез. При этом удастся уменьшить использование водных ресурсов в сельском хозяйстве, использовать слабоминерализованную и менее чистую воду, и поддерживать рост культур при более высокой температуре.