Pomůže mechorost zvýšit účinnost fotosyntézy?

Enzym ribulózabisfosfátkarboxyláza/oxygenáza (rubisco) má za sebou dlouhou evoluční historii. Jeho význam pro fixaci atmosférického oxidu uhličitého rostlinami, a tedy i pro výživu lidstva, je klíčový (Vesmír 102, 132, 2023/3). Pro zvýšení jeho karboxylační aktivity je významné, že mnohé mořské i sladkovodní řasy, ale také jedna skupina mechorostů, hlevíky (Anthocerotopsida), si v průběhu evoluce vytvořily ve svých fotosyntetizujících plastidech strukturu zvanou pyrenoid (Vesmír 95, 621, 2016/11). V pyrenoidu se hromadí hydrogenuhličitanové anionty a z nich se uvolňuje oxid uhličitý, který se tu dostává do kontaktu s hustě a pravidelně uspořádanými molekulami enzymu rubisco. Vysoká koncentrace oxidu uhličitého významně zvyšuje karboxylační aktivitu enzymu na úkor jeho aktivity oxygenační – je fixováno více uhlíku, finálně v podobě sacharidů. Zatím se nepodařilo přenést genetickou informaci pro vytvoření pyrenoidu ze zelených řas do vyšších, suchozemských rostlin.

Mechorost hlevík polní (Anthoceros agrestis, velký snímek) by mohl pomoci zvýšit produkci zemědělských plodin. Dokázaly by to vzájemně propojené částice enzymu rubisco v jeho chloroplastech (na menších vložených snímcích).

Snímky CC BY-NC-ND 3.0 (velký snímek) a T. A. Robison (malé vložené snímky)

Nyní se ukázalo jako nadějnější pokusit se o takový přenos z hlevíku (Anthoceros agrestis, viz obr. 1). Hlevíky jsou jediné suchozemské rostliny, které mají v chloroplastech pyrenoidy. Enzymatický komplex rubisco tvoří u recentních rostlin osm velkých a osm malých proteinových podjednotek. U hlevíku A. agrestis byla nalezena také neobvyklá isoforma malé podjednotky rubisco, která dostala jméno Rbcs-STAR. Její terminální proteinová doména z ní vyčnívá, oligomerizuje a s její pomocí se na sebe mohou vázat celé komplexy rubisco (obr. 1). Vzniká trojrozměrná struktura, podobná pyrenoidu řas. Genová exprese RbcS-STAR u modelové suchozemské rostliny Arabidopsis thaliana zřejmě dostačuje k indukci kondenzátů podobných pyrenoidu. Otevírá se tak možná cesta k vytvoření pyrenoidů také v chloroplastech zemědělských plodin. Tím by se u nich mohla zvýšit účinnost fotosyntézy a produkce biomasy.

Robison T. A. et al.: Science, 2026, DOI: 10.1126/science.aea0150