Международная группа ученых разработала метод, который позволяет повышать эффективность фотосинтеза у растений. Результаты исследования представлены в журнале Science.

В условиях полного солнечного освещения листья растений поглощают больше энергии, чем могут использовать. Избыток энергии рассеивается ими в виде тепла в ходе ксантофиллового цикла, что защищает фотосинтетический аппарат листьев от повреждений. Однако в тени, например из-за облаков, рассеяние тепла продолжается, что снижает эффективность фотосинтеза и приводит к потере 8–20 процентов потенциальной продуктивности полевых культур.

Ученые из Иллинойсского университета в Урбана-Шампейне и других учреждений модифицировали ксантофилловый цикл на примере растений из рода табака (Nicotiana). В их геном включались три дополнительных гена, которые связаны со взаимопревращениями виолаксантина, антероксантина и зеаксантина (пигменты, участвующие в цикле) и были получены из другого растения — резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Это повысило экспрессию белков, кодируемых этими генами.

Сравнение дикого и модифицированного табака. / Johannes Kromdijk et al., Science, 2016

Затем авторы изменяли условия освещенности и наблюдали за скоростью реакции модифицированных растений. Результаты показали, что последние реагируют быстрее и, как следствие, раньше прекращают рассеяние поглощенной солнечной энергии, вновь используя ее в целях фотосинтеза. По подсчетам ученых, продуктивность этих растений повысилась на 14–20 процентов по сравнению с растениями дикого типа. В частности, у них вырастали более крупные листья.

Следующим шагом станет применение технологии на различных пищевых культурах: пшенице (Triticum), рисе (Ozyra) и сое (Glycine max). В отличие от табака, ценность этих растений заключается не в листьях, а в плодах, однако исследователи уверены, что им удастся адаптировать метод. Это объясняется универсальной направленностью предложенной модификации: она рассчитана на механизм, которым обладают все высшие растения.