Морские водоросли производят 70% кислорода в атмосфере и питают огромные пищевые цепи. Несмотря на их значение, мы до сих пор не понимали генетические основы выживания водорослей.

В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, наземное растение заставили производить морской хлорофилл. В эксперименте использовали табак, но теоретически любое наземное растение может получить водорослевый ген. Это позволит им поглощать более широкий спектр света.

Хлорофилл — пигмент, ответственный за фотосинтез. Есть шесть типов хлорофилла, они все отличаются по химическому строению. Наземные растения производят хлорофиллы a и b, а большинство морских водорослей — хлорофилл c.

Хлорофиллы b и c поглощают свет на разных длинах волн. Океан поглощает красный свет, поэтому он выглядит синим. Хлорофилл c эволюционировал для захвата сине-зеленого света, который проникает глубже в воду. Такой же свет проникает в гущу растений. Если растение «научится» захватывать его эффективнее, оно улучшит производительность фотосинтеза.

Исследователи работали с зооксантеллами — водорослями, которые живут в кораллах. Зооксантеллы синтезируют сахара и делятся ими с кораллом. Они же дают кораллам коричневый цвет. Когда фотосинтетический аппарат зооксантелл поврежден, коралл теряет цвет и погибает.

Учёные хотели выяснить взаимоотношения между водорослевым фотосинтезом и выживанием кораллов. Для эксперимента взяли мутантные зооксантеллы: жёлтые и неспособные к фотосинтезу. К удивлению ученых, в кораллах эти мутантные водоросли жили и росли: кораллы обеспечивали водоросли питанием.

С помощью секвенирования ДНК учёные определили ген, ответственный за производство хлорофилла c. «Мы не собирались его искать. Мы создали мутантов по другой причине, но, видимо, нам повезло», — сказал Тингтинг Сян, главный автор исследования.

Далее ген внедрили в растения табака, и они стали накапливать хлорофилл с. Чужой хлорофилл не участвовал в фотосинтезе — для этого его нужно внедрить в светособирающий комплекс. Это следующий шаг.

Исследователи надеются, что их работа поможет сдержать вымирание кораллов. Есть и практические применения: создание более урожайных сельскохозяйственных культур и эффективных биотоплив.

«Выявление пути синтеза хлорофилла c — потенциальный переломный момент для продовольственной безопасности», — сказал Роберт Джинкерсон, профессор химической инженерии в университете Калифорнии и соавтор исследования.

Другой кандидат на внедрение в наземные растения — хлорофилл f. Он встречается у фотосинтезирующих бактерий и поглощает дальнее красное излучение.