Понимание процесса фотосинтеза позволит выращивать растения при искусственном освещении

Ученые из Института Вейцмана показали, как процесс фотосинтеза протекает на свету и в темноте. Работа может помочь выращивать растения при низкой интенсивности искусственного освещения.

Без фотосинтеза жизнь на Земле в том виде, в котором мы ее знаем, была бы невозможна. Этот процесс не только отвечает за выработку большей части кислорода в атмосфере Земли, но и обеспечивает нас едой и поглощает углерод из атмосферы. Поэтому понимание фотосинтеза во всех его тонкостях крайне важно для решения проблем, стоящих перед нашей планетой.

Исследования, проводимые в лаборатории профессора Зива Райха в Институте Вейцмана, направлены на раскрытие тайн фотосинтеза. Глубокое понимание процесса фотосинтеза позволит в конечном счете имитировать естественные процессы фотосинтеза с помощью искусственных методов.

В процессе фотосинтеза использование энергии освещения происходит благодаря потоку электронов от одного белка к другому внутри особой органеллы – хлоропласта. Эта органелла содержит сложную систему мембран, некоторые из которых плотно прижаты друг к другу, а другие организованы в более свободные комплексы.

В работе, опубликованной в журнале Nature Plants исследовательская группа под руководством доктора Рейнат Нево из лаборатории Райха показала, как мембраны меняют свою пространственную организацию при переходе от темноты к свету. Это позволяет белкам сближаться друг с другом и сокращать расстояние, которое должны преодолеть электроны. Но белки не всегда плотно прижаты друг от другу. В темноте мембраны отдаляются друг от друга в темноте. Вероятно, это удаление защищает белки, изолируя их, когда свет слабый и фотосинтетическая активность незначительна.

Команда провела эксперимент с двумя группами генетически модифицированных растений: в одной пространственная структура мембран хлоропластов была "заперта" в режиме активного освещения и фотосинтеза, а в другой – мембраны организованы в режиме вечной темноты, и они никогда не сближались друг с другом.

Растения из первой группы выросли крупнее, и процесс фотосинтеза шел интенсивнее по сравнению со второй группой, как бы находящейся в постоянной темноте. Ученые планируют изучить, можно ли при относительно слабом свете выращивать генетически модифицированные растения, в которых отрегулирована пространственная структура мембран. Это позволит экономить энергию и выращивать растения при искусственном освещении.