Эволюционные и прикладные аспекты механизмов концентрирования СО2 фотоавтотрофов.

Abstract

В течение двух последних десятилетий накопились сведения о существовании новых экологических групп растений, обладающих особенностями, связанными с топографией органелл внутри клетки и биохимическими механизмами фотосинтеза. Эти черты обусловливают их способности к адаптации к неблагоприятным условиям и более эффективные характеристики фотосинтетической ассимиляции неорганического углерода по сравнению с теми, которые наблюдаются у наиболее распространенных С3-растений. Обзор посвящен анализу механизмов концентрирования СО2, обнаруженных у фотоавтотрофов. Показано, что для их реализации важны как особенности анатомического строения листа либо топографии органелл в клетке, так и биохимические механизмы, обеспечивающие включение углекислого газа в органические соединения. Отмечено разнообразие структурных и функциональных компонентов для создания механизмов концентрирования СО2. Кроме того, рассмотрены экспериментальные данные о возможных путях эволюции фотосинтетической ассимиляции СО2. Подчеркнуто, что излишне механистические представления об улучшении С3-растений не должны противоречить главному биологическому закону, согласно которому фенотип особи определяется взаимодействием генотипа и условий среды, в которых он реализуется. Рассмотрены открывающиеся перспективы управления фотосинтетическим процессом и его эффективностью с целью создания более продуктивных форм растений.

Over the past two decades, information has accumulated on the existence of new ecological groups of plants with features related to the topography of organelles within cell and the biochemical mechanisms of photosynthesis. These features determine their ability to adapt to unfavorable conditions and more effective characteristics of photosynthetic assimilation of inorganic carbon, compared with those observed in the most common C3 plants. The review is devoted to the analysis of CO2 concentrating mechanisms detected in photoautotrophs. It is shown that for their implementation, both features of anatomical structure of leaf, topography of organelles in cell, and biochemical mechanisms that ensure incorporation of carbon dioxide into organic compounds are important. A variety of structural and functional components for creating mechanisms concentrating CO2 has been noted. In addition, experimental data on possible ways of evolution of photosynthetic assimilation of CO2 and potential directions in application of accumulated knowledge are considered. It is emphasized that overly mechanistic ideas about the improvement of C3-plants should not contradict the main biological law, according to which the phenotype of an individual is determined by interaction of genotype and environmental conditions in which it is realized. Opening perspectives of management of photosynthetic process and its efficiency with the aim of creating more productive forms of plants were examined.

Протягом двох останніх десятиліть накопичилися відомості про існування нових екологічних груп рослин, що мають особливості, пов'язані з топографією органел всередині клітини і біохімічними механізмами фотосинтезу. Ці риси зумовлюють їх здатність до адаптації до несприятливих умов і більш ефективні характеристики фотосинтетичної асиміляції неорганічного вуглецю, порівняно з тими, що спостерігаються у найбільш поширених С3-рослин. Огляд присвячений аналізу механізмів концентрування СО2, виявлених у фотоавтотрофів. Показано, що для їх реалізації важливі як особливості анатомічної будови листка, або топографії органел в клітині, так і біохімічні механізми, що забезпечують включення вуглекислого газу в органічні сполуки. Відзначено різноманітність структурних і функціональних компонентів для створення механізмів концентрування СО2. Крім того, розглянуті експериментальні дані про можливі шляхи еволюції фотосинтетичної асиміляції СО2. Наголошується, що надмірно механістичні уявлення про поліпшення С3-рослин не повинні суперечити головному біологічному законом, згідно з яким фенотип особини визначається взаємодією генотипу та умов середовища, в яких він реалізується. Розглянуто перспективи керування фотосинтетичним процесом і його ефективністю з метою створення більш продуктивних форм рослин.