Вчені розкрили ключ до розведення рослин, які «поглинають вуглець»

Відкриття того, як працює критично важливий фермент, «прихований у плані природи», проливає нове світло на те, як клітини контролюють ключові процеси фіксації вуглецю, процесу, який є фундаментальним для життя на Землі. Відкриття, зроблене вченими з Австралійського національного університету (ANU) і Університету Ньюкасла (UoN), може допомогти створити стійкі до клімату культури, здатні ефективніше всмоктувати вуглекислий газ з атмосфери, допомагаючи виробляти більше їжі в процесі.

Дослідження, опубліковане в Science Advances, демонструє раніше невідому функцію ферменту під назвою карбоксисомна карбоангідраза (CsoSCA), який міститься в ціанобактеріях, також званих синьо-зеленими водоростями, щоб максимізувати здатність мікроорганізмів витягувати вуглекислий газ з атмосфери.

Ціанобактерії широко відомі своїм токсичним цвітінням в озерах і річках. Але ці маленькі синьо-зелені жуки широко поширені, вони також мешкають у світовому океані.

Хоча вони можуть становити небезпеку для навколишнього середовища, дослідники описують їх як «крихітних вуглецевих супергероїв». Завдяки процесу фотосинтезу вони відіграють важливу роль у вловлюванні близько 12% світового вуглекислого газу щороку.

Перший автор і доктор філософії. дослідник Саша Пулсфорд з АНУ описує, наскільки ці мікроорганізми надзвичайно ефективні у захопленні вуглецю.

«На відміну від рослин, ціанобактерії мають систему, звану механізмом концентрації вуглекислого газу (CCM), який дозволяє їм фіксувати вуглець з атмосфери та перетворювати його на цукор зі значно вищою швидкістю, ніж стандартні рослини та види сільськогосподарських культур», — сказала пані Пулсфорд.

В основі СКК знаходяться великі білкові компартменти, які називаються карбоксисомами. Ці структури відповідають за поглинання вуглекислого газу, розміщення CsoSCA та іншого ферменту під назвою Rubisco. Ферменти CsoSCA і Rubisco працюють в унісон, демонструючи високоефективну природу CCM. CsoSCA працює над створенням високої локальної концентрації вуглекислого газу всередині карбоксисоми, яку Рубіско може потім поглинути та перетворити на цукор для споживання клітиною.

Провідний автор доктор Бен Лонг з UoN сказав: «До цього часу вчені не були впевнені, як контролюється фермент CsoSCA. Наше дослідження було зосереджено на розкритті цієї таємниці, особливо в основній групі ціанобактерій, знайдених по всьому світу. Те, що ми знайшли, було абсолютно несподіваним. .

«Фермент CsoSCA танцює під мелодію іншої молекули під назвою RuBP, яка активує його як перемикач. Подумайте про фотосинтез як про приготування бутерброда. Вуглекислий газ з повітря є начинкою, але фотосинтетична клітина повинна забезпечити хліб. Це RuBP так само як вам потрібен хліб для приготування бутерброда, швидкість перетворення вуглекислого газу в цукор залежить від того, наскільки швидко подається RuBP.

«Наскільки швидко фермент CsoSCA постачає вуглекислий газ Rubisco, залежить від кількості RuBP. Коли його достатньо, фермент включається. Але якщо в клітині закінчується RuBP, фермент вимикається, роблячи систему добре налаштованою. і дивно, що фермент CsoSCA весь час був вбудований у план природи, чекаючи свого відкриття».

Науковці кажуть, що створення інженерних культур, які більш ефективно вловлюють і використовують вуглекислий газ, дасть величезний поштовх для сільськогосподарської галузі, значно підвищивши врожайність, одночасно зменшивши попит на азотні добрива та іригаційні системи. Це також забезпечить більшу стійкість продовольчих систем світу до зміни клімату.

Пані Пулсфорд сказала: «Розуміння того, як працює CCM, не тільки збагачує наші знання про природні процеси, які є основоположними для біогеохімії Землі, але також може допомогти нам у створенні стійких рішень для деяких із найбільших екологічних проблем, з якими стикається світ».