На первый взгляд растение Arabidopsis является обычным модельным организмом, однако группа ученых под руководством биохимика Джея Телена из Университета Миссури использует его для изучения методов увеличения производства масла. Это необходимо для создания эффективных растительных источников энергии и устойчивого производства биотоплива.
Для удовлетворения растущих потребностей в биотопливе ученые модифицируют гены растений, способствуя увеличению синтеза масла. Масло образуется в результате сложного метаболизма, в котором участвуют солнечный свет, вода, питательные вещества и атмосферный углерод (углекислый газ).
Гены кодируют ферменты, управляющие метаболическими путями растения. Однако остается не до конца понятным, как повышение синтеза масла влияет на остальные взаимосвязанные метаболические процессы.
В своем новом исследовании Телен и коллеги изучили изменения, происходящие в метаболизме растений при генетических модификациях. Результаты работы позволят исследователям точнее регулировать производство масла для оптимизации выхода биотоплива. Статья под названием «Сравнительный омикс выявляет неожиданные метаболические изменения у мутанта ацетил-КоА-карбоксилазы пластид с высоким содержанием масла» опубликована в Journal of Proteome Research.
Телен, профессор биохимии из Колледжа сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов Университета Миссури, пояснил, что производство масла тесно связано с центральными метаболическими путями растений. Повышение его содержания приводит к изменениям других метаболических процессов, что ограничивает поступление углерода.
Одним из неожиданных результатов стало опровержение распространенного мнения о том, что содержание масла и белка в семенах растений обратно пропорциональны друг другу. Исследователи обнаружили одновременное увеличение содержания обоих компонентов. Это открывает возможность параллельно усиливать выработку нескольких полезных веществ в одном растении.
В другом неожиданном наблюдении выявлен так называемый «холостой цикл». Генетически измененные растения увеличивали производство масел, одновременно активируя процессы их расщепления. В дальнейшем ученые намерены выяснить причины этого явления и подавить катаболизм жирных кислот, минимизировав нецелесообразные потери энергии.
Долгосрочная цель исследований – создание высокоэффективных масличных культур, таких как камелина и пенник, способных быстро поглощать углекислый газ и максимально преобразовывать его в масло. По словам Телена, получаемый углерод обычно расходуется растениями на менее ценные соединения, например, простые и сложные сахара, воски или органические кислоты. Генетическая модификация позволит направить основной поток углерода непосредственно в семена, увеличивая выход масла – ключевого продукта для производства биотоплива из масличных покровных культур.
Источник: Amr Kataya et al, Comparative Omics Reveals Unanticipated Metabolic Rearrangements in a High-Oil Mutant of Plastid Acetyl-CoA Carboxylase, Journal of Proteome Research (2025). DOI: 10.1021/acs.jproteome.4c00947