Rubisko je ključan, ali neefikasan enzim fotosinteze koji često reaguje sa kiseonikom i ograničava rast biljaka. Hornwort je razvio jedinstven protein RbcS-STAR koji grupiše rubisko u kompartmente nalik pirenoidima i koncentrira CO2 oko enzima. Istraživači su uspeli da izazovu formiranje sličnih struktura u Arabidopsisu, a cilj je primena u usevima radi povećanja prinosa, smanjenja đubriva i uštede vode. Glavni izazov ostaje razviti mehanizam koji će aktivno pumpati CO2 u te kompartmente.
Hornwort Može Pojačati Fotosintezu i Povećati Prinos Useva Do 60%
Sve počinje od jednog ključnog enzima: ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza (rubisko), proteina koji omogućava fotosintezu i bez kojeg život kakav poznajemo ne bi postojao. Uprkos toj važnosti, rubisko je relativno neefikasan — često greškom reaguje sa kiseonikom, što stvara štetne sporedne proizvode, troši energiju i ograničava brzinu rasta biljaka.
Upravo zbog te slabosti u igru ulazi hornwort, mala kopnena biljka srodna mahovinama. Hornwort je jedina poznata kopnena biljka koja je evolutivno razvila način da pojača rad rubiska koncentrisanjem CO2 oko enzima.
Kako hornwort rešava problem
Naučnici su otkrili da hornwort formira kompartmente slične algalnim pirenoidima. Za to je zaslužan specifičan oblik proteina pod nazivom RbcS-STAR — varijanta podjedinice rubiska koja ima dodatni „rep" i pomaže povezivanju molekula rubiska tako da se oni grupišu u posebne „kuće" u kojima je koncentracija CO2 visoka.
Eksperimenti i rezultati
Međunarodni tim je uspešno uveo RbcS-STAR u srodnu vrstu hornworta koja prethodno nije imala pirenoide; rubisko se reorganizovalo i formiralo kompartmente. Isti pristup je primenjen i na Arabidopsis, uobičajeni laboratorijski model, koji je takođe formirao strukture nalik pirenoidima. Autori rada ističu da je ovo važan korak ka inženjeringu fotosinteze u usevima.
„U suštini, napravili smo zidove i krov kuće za rubisko, ali još nemamo sistem koji bi aktivno pumpao CO2 unutra“, kaže Laura Gunn, jedna od autora studije.
Moguće koristi za poljoprivredu
Ako se ovaj sistem uspešno prenese u useve, očekuju se višestruke koristi: znatno veći prinosi (istraživači govore o mogućem porastu do ~60%), manja upotreba mineralnih đubriva i manji gubitak vode. Zato što koncentrisano rubisko manje reaguje sa kiseonikom, biljke bi mogle češće da zatvaraju stomate — što smanjuje isparavanje vode i potrebu za navodnjavanjem.
Ograničenja i naredni koraci
Do sada su naučnici uspeli da organizuju rubisko u zaštitne kompartmente, ali ključna komponenta koja nedostaje jeste mehanizam aktivnog pumpanja CO2 u te kompartmente. Razvoj tog „sistema za dovod CO2" i povezivanje na metaboličke tokove biljke su sledeći i najizazovniji koraci. Stručnjaci procenjuju da bi praktične primene u poljoprivredi mogle postati ostvarive u narednih ~10 godina, ali uz značajan rad na bezbednosti i pouzdanosti tehnologije.
Ovo otkriće predstavlja novu, evolutivno različitu strategiju za poboljšanje efikasnosti rubiska — i, za razliku od algi, hornwort je bliži kopnenim biljkama, što bi moglo olakšati prenos rešenja u useve.
Pomozite nam da budemo bolji.
