Ssylka

Что регулирует углеродный баланс в листьях растений?

В растениях углерод запасается двумя основными способами: в виде крахмала, который откладывается в хлоропластах листьев и служит доступным энергетическим резервом, и в форме триацилглицеролов (TAG), обычно накапливаемых в семенах для долгосрочного хранения. Однако попытки увеличить содержание TAG в листьях часто приводят к снижению уровня крахмала, что указывает на существование внутреннего приоритета распределения углерода между этими двумя формами.
Что регулирует углеродный баланс в листьях растений?
Изображение носит иллюстративный характер

Исследование, опубликованное в журнале Journal of Experimental Botany группой из Университета Чиба (Япония) под руководством доцента Такаси Л. Шимада и при участии первого автора Мебае Ямагучи, было посвящено поиску генетических факторов, определяющих этот баланс в листьях. В работе применялся метод прямой генетики с использованием растения Arabidopsis thaliana.

Для создания мутаций семена Arabidopsis обработали этилметансульфонатом — химическим агентом, вызывающим случайные изменения в ДНК. Дополнительно растения несли трансген — зеленый флуоресцентный белок (GFP), связанный с белком CALEOSIN3, который локализуется в липидных каплях. Такой подход позволил исследователям отслеживать количество липидных капель в листьях с помощью флуоресцентной микроскопии, что стало косвенным маркером для оценки уровня TAG.

В результате скрининга был обнаружен мутант lipid-rich 1-1 (liri1-1), у которого содержание TAG оказалось в пять раз выше, а уровень крахмала — в два раза ниже, чем у обычных растений. Помимо этого, у liri1-1 отмечались дефекты роста и нарушения структуры хлоропластов.

Дальнейший анализ выявил ранее неизвестный ген, названный LIRI1, который кодирует белок, работающий в хлоропластах и участвующий в регуляции как синтеза жирных кислот, так и образования крахмала. Было установлено, что LIRI1 взаимодействует с двумя ключевыми ферментами: α-субъединицей карбокситрансферазы ацетил-КоА-карбоксилазы (α-CT), необходимой для синтеза жирных кислот, и ферментом STARCH SYNTHASE 4 (SS4), отвечающим за биосинтез крахмала.

В нормальных условиях LIRI1 способствует направлению углерода на образование крахмала, активируя его синтез и ограничивая его распад, а также препятствуя преобразованию углерода в TAG. Однако при утрате функции LIRI1, как в случае мутанта liri1-1, этот баланс смещается: резко падает уровень крахмала и возрастает накопление TAG в листьях.

Появление у мутантов liri1-1 нарушений роста и аномалий хлоропластов подчеркивает важность правильного распределения углерода для нормального развития растений. Как отметил Такаси Л. Шимада: «Нас интересовало, как растения распределяют углеродные ресурсы. Почему семена накапливают так много липидов, а листья — очень мало? Ответ на этот вопрос позволил нам внести вклад как в фундаментальную, так и в прикладную науку».

Открытие гена LIRI1 открывает перспективы для биотехнологий. Изменение его активности может позволить создавать культуры с повышенным содержанием TAG в листьях — потенциальный источник возобновляемого растительного масла, а также низко-крахмальные растения для специфических диетических нужд, например, для людей с диабетом. По словам Шимада, «мутация liri1 может быть полезна при разработке новых сортов с высоким содержанием TAG или с пониженным содержанием крахмала. Такие культуры можно будет адаптировать под нужды здоровья человека, например, как продукты с низким содержанием крахмала для людей с диабетом».

Работа исследовательской группы из Университета Чиба демонстрирует, что LIRI1 является ключевым регулятором баланса между крахмалом и жиром в листьях, открывая новые горизонты для понимания и манипулирования углеродным обменом у растений.


Новое на сайте

18590Является ли ИИ-архитектура, имитирующая мозг, недостающим звеном на пути к AGI? 18589Как Operation Endgame нанесла сокрушительный удар по глобальной киберпреступности? 18588Кибервойна на скорости машин: почему защита должна стать автоматической к 2026 году 18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на...