Растения нарушают правила биохимии, принимая "секретные решения"

Исследователи только что обнаружили ранее неизвестный процесс, который объясняет "секретные решения", принимаемые растениями при высвобождении углерода обратно в атмосферу.

"Мы обнаружили, что растения контролируют свое дыхание способом, которого мы не ожидали: они контролируют, сколько углерода из фотосинтеза они сохраняют для создания биомассы, используя метаболический канал", - рассказал ScienceAlert биохимик растений из Университета Западной Австралии Харви Миллар.

"Это происходит как раз на том этапе, когда они решают сжечь соединение под названием пируват, чтобы произвести и выпустить CO2 обратно в атмосферу".

Если вы вспомните школьный курс биологии, то, возможно, вспомните, что во время фотосинтеза растения производят сахар или сахарозу. Как правило, растение производит избыток сахарозы; часть ее запасается, часть распадается. Это называется циклом лимонной кислоты (или трикарбоновой кислоты), и он одинаково важен для жизни.

В рамках этого цикла сахароза, имеющая двенадцать атомов углерода, расщепляется до глюкозы с шестью углеродами. Затем глюкоза расщепляется до пирувата, содержащего три углерода. Использование пирувата для получения энергии приводит к образованию углерода в качестве отработанного продукта, поэтому именно на этом этапе растение принимает "решение".

"Пируват - это последняя точка для принятия решения", - сказал Миллар в интервью ScienceAlert.

"Вы можете сжечь его и выпустить CO2, или вы можете использовать его для создания фосфолипидов, хранящихся растительных масел, аминокислот и других вещей, необходимых для производства биомассы".

Открытие было сделано во время работы над классическим растительным модельным организмом под названием кресс-салат (Arabidopsis thaliana). Исследователи во главе с ученым-молекулярщиком Ксуен Ле из Университета Западной Австралии пометили пируват C13 (изотопом углерода), чтобы проследить, куда он перемещается в процессе цикла лимонной кислоты, и обнаружили, что пируват из разных источников используется по-разному.

Это означает, что растение действительно может отслеживать источник пирувата и действовать соответствующим образом, выбирая либо его высвобождение, либо сохранение для других целей.

"Мы обнаружили, что транспортер в митохондриях направляет пируват на дыхание для высвобождения CO2, но пируват, полученный другими способами, сохраняется клетками растений для создания биомассы - если транспортер блокируется, растения используют пируват из других путей для дыхания", - сказал Ле.

"Импортируемый пируват был предпочтительным источником для производства цитрата".

Эта способность принимать решения, по мнению команды, нарушает обычные правила биохимии, где, как правило, каждая реакция является соревнованием, а процессы не контролируют, куда идет продукт.

"Метаболическое канализирование нарушает эти правила, выявляя реакции, которые не ведут себя подобным образом, а устанавливают решения в метаболических процессах, которые экранированы от других реакций", - говорит Миллар.

"Это не первый метаболический канал, который когда-либо был найден, но они относительно редки, и это первое доказательство того, что один из них управляет этим процессом в дыхании".

Хотя растения являются прекрасными хранилищами CO2 - только леса хранят около 400 гигатонн углерода - не каждая молекула CO2, поглощенная растениями, затем сохраняется. Около половины поглощенного растениями углекислого газа выбрасывается обратно в атмосферу.

Возможность заставить растения хранить немного больше углекислого газа в этом процессе может стать интересным способом помочь нашим проблемам, связанным с изменением климата.

"Когда мы рассматриваем возможность создания и разведения растений для будущего, мы должны думать не только о том, как они могут быть хорошей пищей и продуктами для нашего здоровья, но и о том, могут ли они быть хорошими хранителями углерода для здоровья атмосферы, от которой мы все зависим", - сказал Миллар в интервью ScienceAlert.

Такая защита будущего еще впереди, поскольку исследователи только открыли этот биохимический процесс. Но если мы сможем изменить то, как растения принимают решения о хранении углерода, это может стать одним из кусочков головоломки по смягчению последствий изменения климата.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.