Оснащение сельскохозяйственных культур для борьбы с изменением климата

Биологи из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU в Мюнхене) значительно повысили сине-зеленых водорослей к высоким уровням света — с помощью искусственной эволюции в лаборатории.


Солнечный свет, воздух и вода — это все, что цианобактерии (более известные как сине-зеленые водоросли), настоящие водоросли и растения необходимы для производства органических (например, углеродных) соединений и молекулярного кислорода посредством фотосинтеза. Фотосинтез — главный источник строительных блоков для организмов на Земле. Однако слишком много солнечного света снижает эффективность фотосинтеза, потому что он повреждает «солнечные панели», то есть фотосинтетические механизмы цианобактерий, водорослей и растений. Команда исследователей во главе с биологом LMU Дарио Лейстером теперь использовала «искусственную лабораторную эволюцию» для выявления мутаций, которые позволяют одноклеточным цианобактериям переносить высокие уровни света. Долгосрочная цель проекта — найти способы наделить культурные растения способностью справляться с последствиями изменения климата.

Цианобактерии, использованные в исследовании, были получены из штамма клеток, которые использовались для роста при низких уровнях освещения. «Чтобы позволить им выйти из тени, мы, так сказать, подвергли эти клетки воздействию все более высокой интенсивности света», — говорит Лейстер. В процессе эволюции, основанном на и отборе, клетки адаптировались к прогрессивным изменениям условий освещения, а поскольку каждая делится каждые несколько часов, процесс адаптации шел с гораздо большей скоростью, чем это было бы возможно с зелеными растениями. Чтобы ускорить процесс, исследователи увеличили частоту естественных мутаций, обработав клетки мутагенными химическими веществами и облучив их ультрафиолетовым светом. К концу эксперимента выжившие сине-зеленые водоросли были способны выдерживать интенсивность света, превышающую максимальные уровни, которые могут встречаться на Земле в естественных условиях.

К удивлению команды, большинство из более чем 100 мутаций, которые могли быть связаны с повышенной устойчивостью к яркому свету, привели к локальным изменениям в структурах отдельных белков. «Другими словами, вовлеченные мутации в первую очередь влияют на свойства конкретных белков, а не изменяют регуляторные механизмы, которые определяют, сколько того или иного белка вырабатывается», — объясняет Лейстер. Затем в качестве контроля команда ввела двух измененных белков, которые по-разному влияют на фотосинтез, в неадаптированные штаммы. — И в каждом случае они обнаружили, что изменение действительно позволило измененным клеткам выдерживать более высокую интенсивность света, чем штамм-предшественник.

Повышение устойчивости сельскохозяйственных культур к более высокой или непостоянной интенсивности света потенциально обеспечивает средства повышения урожайности и представляет особый интерес на фоне продолжающегося глобального изменения климата. «Применение методов генной инженерии к селекции растений до сих пор было сосредоточено на количественных изменениях — на производстве большего или меньшего количества определенного белка», — говорит Лейстер. «Наша стратегия делает возможными качественные изменения, позволяя нам идентифицировать новые варианты белка с новыми функциями. Поскольку эти варианты сохраняют свою функцию в многоклеточных организмах, должна быть возможность ввести их в растения».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments