At tage bremserne fra planteproduktionen kan give bagslag, undersøgelse finder

Når ingeniører vil fremskynde noget, de leder efter "knibepunkterne, "de langsomste trin i et system, og gør dem hurtigere.

Sig, at du vil have mere vand til at strømme gennem dit VVS. Du ville finde det smalleste rør og erstatte det med et større.

Mange laboratorier forsøger denne metode med fotosyntese, den proces, som planter og alger bruger til at opfange solenergi.

Al vores mad og de fleste af vores brændstoffer kommer fra fotosyntese. Efterhånden som vores befolkning stiger, vi har brug for mere mad og brændstof, kræver, at vi forbedrer effektiviteten af ​​fotosyntesen.

Men, Dr. Atsuko Kanazawa og Kramer Lab finder ud af, at for biologiske systemer, "pinch point"-metoden kan potentielt gøre mere skade end gavn, fordi klemmepunkterne er der af en grund. Så hvordan kan dette gøres?

ATP-syntase:en fantastisk biologisk nanomaskine

Atsuko og hendes kolleger ved MSU-DOE Plant Research Laboratory (PRL) har arbejdet på dette problem i over 15 år. De har fokuseret på en lillebitte maskine i kloroplasten kaldet ATP-syntasen, et kompleks af proteiner, der er afgørende for lagring af solenergi i "højenergimolekyler", der driver livet på Jorden.

Det samme ATP-molekyle og en meget lignende ATP-syntase bruges begge af dyr, inklusive mennesker, at vokse, bevare sundheden, og flytte.

I planter, ATP-syntasen er tilfældigvis en af ​​de langsomste processer i fotosyntesen, ofte begrænse mængden af ​​energi planter kan lagre.

Sætter gearene i gang med planteproduktionen

Atsuko tænkte, hvis ATP-syntasen er et så vigtigt klemmepunkt, hvad sker der hvis det var hurtigere? Ville det være bedre til fotosyntese og give os hurtigere voksende planter?

For år siden, hun fik fingrene i en mutant plante, kaldet cfq, fra en kollega. "Den havde en ATP-syntase, der virkede uafbrudt, uden at bremse, hvilket var et mærkeligt eksempel at undersøge. Faktisk, under kontrollerede laboratorieforhold - meget mildt og konstant lys, temperatur, og vandforhold – denne mutante plante voksede sig større end sin vilde fætter."

Men da forskerne dyrkede planten under de mere varierede forhold, den oplever i det virkelige liv, den led alvorlig skade, næsten døende.

"I naturen, lys- og temperaturkvaliteten ændrer sig hele tiden, hvad enten det er gennem de forløbne timer, eller tilstedeværelsen af ​​skydække eller vinde, der blæser gennem bladene, " hun siger.

Planter forsinker fotosyntesen af ​​en grund

Nylige innovationer fra Kramer-laboratoriet gør det muligt for Atusko og hendes kolleger at undersøge, hvordan virkelige miljøforhold påvirker plantevækst.

Atsukos forskning viser nu, at langsomheden af ​​ATP-syntasen ikke er en ulykke; det er en vigtig bremsemekanisme, der forhindrer fotosyntesen i at producere skadelige kemikalier, kaldet reaktive oxygenarter, som kan beskadige eller dræbe planten.

"Det viser sig, at sollys kan være skadeligt for planter, " siger Dave Kramer, Hannah Distinguished Professor og ledende efterforsker i Kramer-laboratoriet.

"Når planter ikke kan bruge den lysenergi, de fanger, fotosyntese bakker op og giftige kemikalier ophobes, potentielt ødelægge dele af det fotosyntetiske system. Det er især farligt, når lys og andre forhold, som temperatur, ændre sig hurtigt."

ATP-syntasen registrerer disse ændringer og sænker lysindfangningen for at forhindre skade. I det lys, cfq-mutantens hurtige ATP er en dårlig idé for plantens velbefindende.

"Det er, som om jeg lovede at få din bil til at køre hurtigere ved at fjerne bremserne. Faktisk, det ville virke, men kun for en kort stund. Så går det meget galt, siger Dave.

"For at forbedre fotosyntesen, hvad vi har brug for er ikke at fjerne bremserne helt, som i cfq, men for at kontrollere dem bedre, " siger Dave. "Specielt, vi skal finde ud af, hvordan anlægget trykker på bremserne og tune det, så det reagerer hurtigere og mere effektivt, " siger David.

Atsuko tilføjer:"Forskere forsøger forskellige metoder til at forbedre fotosyntesen. I sidste ende, vi ønsker alle at tackle nogle langsigtede problemer. Afgørende, vi skal fortsætte med at brødføde jordens befolkning, som eksploderer i størrelse."

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Grænser i plantevidenskab .