Каждый день растения по всему миру совершают невидимое чудо. Они берут углекислый газ из воздуха и с помощью солнечного света превращают его в бесчисленное количество химических веществ, необходимых как для растений, так и для человека.

Некоторые из этих химических веществ, известные как ароматические соединения , являются исходным материалом для множества полезных лекарств, таких как аспирин и морфин. Тем не менее, многие из этих химических веществ поступают из ископаемого топлива , потому что трудно заставить растения производить их в количестве, достаточном для экономичного сбора урожая. Другие являются важными питательными веществами для человека и могут быть получены только с пищей, поскольку наш организм не может их производить.

В новой работе ученые из Университета Висконсин-Мэдисон определили способ снять тормоза с производства ароматических аминокислот растениями путем изменения или мутации одного набора генов. Генетическое изменение также заставило растения поглощать на 30% больше углекислого газа, чем обычно, без какого-либо вредного воздействия на растения.

Если бы ученые могли добавить подобную черту сельскохозяйственным культурам или растениям, производящим лекарства, это могло бы помочь им производить больше химических веществ естественным путем, одновременно уменьшая выбросы парниковых газов в атмосферу.

«Нас давно интересует этот путь ароматических аминокислот, потому что это один из основных путей превращения углерода, зафиксированного в результате фотосинтеза, в лекарства, продукты питания, топливо и материалы», — говорит Хироши Маэда, профессор ботаники Университета Вашингтона в Мэдисоне, который возглавил новое исследование. «Теперь впервые мы обнаружили, как регулировать ключевую кнопку управления растениями, чтобы увеличить производство этого пути».

Маэда и его команда во главе с докторантами Рё Йокоямой и Маркосом Винисиусом Виана де Оливейра опубликовали свои выводы 8 июня в журнале Science Advances .

Обычно растения жестко контролируют производство ароматических аминокислот, встраивая в процесс естественные тормоза. Когда растения производят достаточное количество аминокислот, вся система останавливается.

Мутировавшие растения, обнаруженные командой Маэды на модельном растении арабидопсис, имеют гораздо менее чувствительные тормоза благодаря мутациям в гене, называемом DHS, который запускает производство ароматических аминокислот . В результате завод не знает, когда остановиться, и продолжает производить эти соединения.

Ученые были удивлены, обнаружив, что растения запустили процесс фотосинтеза, поглощая значительно больше углекислого газа, чтобы подпитывать этот новый производственный бум.

«Мы думаем, что усиленный фотосинтез делает две вещи. Первая — это предоставление дополнительной энергии для работы этого энергетически дорогого пути. Вторая — поставка большего количества углеродных строительных блоков для создания энергетически плотных ароматических химикатов», — говорит Маеда.

Некоторые из этих энергоемких соединений, таких как лигнин, попадают в клеточную стенку , где из них получается полезное биотопливо.

Арабидопсис — это просто крошечное горчичное растение. Хотя это полезная модель в лаборатории, она не производит ничего ценного. Соавтор де Оливейра нацелился на тестирование подобных мутаций на сельскохозяйственных культурах, которые ежегодно потребляют огромное количество углекислого газа, или на растениях, производящих ценные ароматические химические вещества.

«Эти тормоза, которые мы определили, очень похожи у разных растений. Таким образом, распространение этого открытия на сельскохозяйственные культуры открывает множество возможностей, таких как обогащение нашей пищи необходимыми питательными веществами или улучшение производства биоэнергии, а также захват большего количества углекислого газа из атмосферы для замедления глобального потепления. », — говорит де Оливейра.