Одноклітинна зелена водорість з піщаних дюн пустелі Негев лише за кілька років перетворилася на важливий модельний організм для сучасних досліджень фотосинтезу.
Хлорела охаді допомагає дослідникам краще зрозуміти, як рослини адаптуються до екстремальних умов навколишнього середовища. Ці висновки можуть сприяти підвищенню стійкості сільськогосподарських культур до спеки, посухи та інших наслідків зміни клімату. Хаїм Тревес, професор метаболізму рослин у Технічному університеті Кайзерслаутерн-Ландау (RPTU), досліджує цю пустельну водорість з моменту її відкриття. Його висновки опубліковані в журналі New Phytologist.
Палюче сонце, денні температури до 60 градусів за Цельсієм, нічні температури до мінусової температури та вода, доступна лише ненадовго вранці у вигляді роси: умови в пустелі Негев, кам'янистому та піщаному ландшафті на півдні Ізраїлю, здаються ворожими для життя. Однак там є організми, які мають стратегії виживання та процвітання там. Одним з таких організмів є зелена водорість Chlorella ohadii, яку професор Іцік Охад, наставник Хаїма Тревеса, виділив з біологічної піщаної кірки пустелі понад десять років тому.
Це відкриття дало новий поштовх дослідженням фотосинтезу, центрального процесу, який рослини, водорості та фототрофні бактерії використовують для виробництва цукрів з води та вуглекислого газу за допомогою сонячного світла. «Хоча фотосинтез є одним із найкраще вивчених процесів, ми досі не до кінця розуміємо, що обмежує ріст фотосинтезуючих організмів і чому деякі ростуть швидше за інші. Спостерігаючи за пустелею Негев, одним із найсуворіших середовищ на Землі, ми зрозуміли, що все, що там виживає, може допомогти нам краще зрозуміти потенціал та обмеження фотосинтезу та розробити більш стійкі культури для майбутнього», – пояснює Тревес.
Хлорела охаді пропонує численні відправні точки для досліджень. Вона стійка до широкого спектру стресових факторів, включаючи надзвичайно інтенсивне світло, висушування та високі температури. «Як і слід було очікувати від пустельної водорості, вона продовжує рости та фотосинтезувати навіть за умови вдвічі більшої інтенсивності сонячного світла порівняно з повним сонцем. Дивовижно те, що вона досягає темпів росту, незрівнянних з будь-яким іншим фототрофним організмом, який використовує сонячне світло як джерело енергії. Водночас вона особливо ефективно використовує сонячне світло для фотосинтезу», – пояснює дослідник рослин. Досі наука вважала, що організм може бути або особливо стійким, або добре рости за оптимальних умов, але не одночасно. Ця пустельна водорість, яка спростовує цю догму, є ідеальною дослідницькою моделлю для питань, що стосуються виробництва енергії, метаболічних процесів та того, як організми справляються зі стресом навколишнього середовища.
Тревес виявив, як ця стійка водорість досягає своєї надзвичайної ефективності та швидкості росту, завдяки детальним фізіологічним, біохімічним та молекулярно-біологічним дослідженням. Широкий аналіз геному, білків та метаболізму дозволив зрозуміти механізми, які забезпечують її винятковий ріст та високу стійкість. «Одним із прикладів є надзвичайно висока швидкість метаболізму. У пустелі зелена водорість має менше години щоранку для росту. Вона повинна швидко та гнучко реагувати на зміну умов. Їй це вдається, тому що окисно-відновні реакції, зумовлені світлом, відбуваються надзвичайно швидко», – пояснює дослідник.
Перспективні гени, структури та ознаки, які Тревес та його команда виявили у Chlorella ohadii, зараз тестуються на модельних та сільськогосподарських рослинах. Мета полягає у підвищенні врожайності. «Наразі ми перебуваємо в процесі патентування метаболічно модифікованої рослини, яка демонструє подібні риси до пустельних водоростей, і врожайність насіння якої зросла на 30 відсотків. Таким чином, ми використовуємо потенціал, властивий цій крихітній водорості, для забезпечення нашого постачання продуктів харчування», – наголошує Тревес. Крім того, дослідники розробляють спеціалізовані інструменти для кількісної оцінки швидкості метаболізму, яка визначає унікальні властивості Chlorella ohadii. «Інструменти для проведення так званого аналізу метаболічного потоку використовуються лише нами та кількома іншими дослідницькими інститутами».
Оригінальна публікація:
Ор Геффен, Гілла Матітьяху, Іфтах Якобі, Міхал Брекер, Хаїм Тревес, Розширення меж росту водоростей та стійкості до стресу – пустельна водорість Chlorella ohadii як нова модель, New Phytologist (2026), https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71587
