Кукуруза чрезвычайно продуктивна благодаря особому механизму фотосинтеза, который неплохо бы передать и другим культурам
Кукуруза значительно превышает по урожайности многие другие культуры. Особая анатомия листа и особая форма фотосинтеза (называемая «C4»), разработанная в ходе эволюции, позволяют кукурузе расти значительно быстрее, чем сопоставимые растения. В результате кукуруза нуждается в более эффективных транспортных стратегиях для распределения фотоассимилятов, образующихся во время фотосинтеза, по всему растению.
Ученые из Дюссельдорфского университета Генриха Гейне (HHU) обнаружили механизм загрузки флоэмы, который не был описан ранее - оболочка пучка, окружающая сосудистую сеть, как место для фактического транспорта таких соединений, как сахара или аминокислоты. Появление этого механизма, вероятно, стало решающим эволюционным шагом к более высокой скорости переноса фотоассимилятов, что и позволило кукурузе преуспевать.Это также, по-видимому, связано с более эффективным фотосинтезом C4, используемым кукурузой, по сравнению с другими растениями, полагающимися только на фотосинтез C3. Исследование проводили д-р Джи Юн Ким и профессор д-р Вольф Б. Фроммер из Института молекулярной физиологии HHU.
Листья растений имеют разную структуру на верхней (адаксиальной) и нижней (абаксиальной) сторонах, и каждая сторона выполняет разные задачи.
В кукурузе, например, переносчики сахарозы (SWEET) действуют в «клетках оболочки пучка» (обрамляющих сосудистый пучок как венок) на абаксиальной стороне листа.
В модельном растении Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) сахара, высвобождаемые через SWEET из клеток паренхимы флоэмы, доставляются непосредственно в соседние клетки-компаньоны посредством активного транспорта.
У кукурузы же сахар высвобождается в направлении флоэмы двумя большими связками оболочек клеток. Большая поверхность клеток оболочек пучка по сравнению с паренхимой флоэмы обеспечивает гораздо более высокую скорость переноса. По сравнению с резуховидкой кукуруза таким образом способна транспортировать сахар более эффективно.
Докторант и первый автор Маргарет Безручик из HHU подчеркивает: «На первый взгляд клетки оболочки пучка, расположенные в виде венка, выглядят одинаково. Подход к секвенированию отдельных клеток, который мы использовали, впервые позволил различить разные типы клеток оболочки пучка в листе кукурузы. Мы ожидаем, что с помощью этой технологии в будущем будет обнаружено больше типов клеток, особенно в сосудистых пучках».
Руководитель института проф. Фроммер подчеркивает важность открытия: «Растения кукурузы чрезвычайно продуктивны благодаря фотосинтезу C4. Вполне возможно, что урожайность риса или других культур может быть увеличена путем передачи механизма загрузки с кукурузы на эти культуры».
agroxxi.ru
