Особенности фотосинтеза растений Arabidopsis thaliana с нокаутом генов хлоропластных карбоангидраз αКА1 и βКА1

Выключение экспрессии как гена At3g01500, так и гена At3g52720, кодирующих карбоангидразы βКА1 и αКА1 Arabidopsis thaliana приводило к более низкой КА-активности препаратов стромы хлоропластов из мутантных растений αКА1-КО и βКА1-КО по сравнению с активностью таких препаратов из растений дикого типа (ДТ). Для выявления различий фотосинтетических характеристик растений мутантов и ДТ их выращивали на низком свету (НС; 50–70 мкмоль квантов∙м⁻²∙с⁻¹; естественные условия) и на высоком свету (ВС; 400 мкмоль квантов∙м⁻²∙с⁻¹; стрессовые условия). Скорость ассимиляции СО₂ в растениях αКА1-КО и βКА1-КО, выращенных на НС, измеренная при 400 мкмоль квантов∙м⁻²∙с⁻¹, была ниже, чем в растениях ДТ; скорость фотосинтетического электронного транспорта в растениях αКА1-КО была при этом ниже, а в растениях βКА1-КО – выше, чем в растениях ДТ; содержание СО₂ в хлоропластах было ниже в βКА1-КО, чем в ДТ и в αКА1-КО; значение протон-движущей силы в тилакоидах в βКА1-КО было выше, а в αКА1-КО – ниже, чем в ДТ за счёт изменения величины ΔрН. Полученные результаты позволили предположить, что βКА1 ускоряет поступление неорганического углерода в хлоропласты, тогда как αКА1 – превращение в строме бикарбоната в СО₂ для его использования в реакции, катализируемой рибулозобисфосфаткарбоксилазой/оксигеназой. В растениях αКА1-КО и βКА1-КО уровни экспрессии генов, кодирующих другие хлоропластные КА, заметно отличались от уровней экспрессии этих генов в ДТ; характер изменений зависел от интенсивности света при выращивании. Содержание пероксида водорода в листьях как в αКА1-КО, так и в βКА1-КО на НС было выше, а на ВС – ниже, чем в ДТ. Аналогичным образом в мутантных растениях изменялись уровни экспрессии генов-маркеров стресса. Обсуждается возможное участие КА стромы хлоропластов в передаче стресс-сигналов в высших растениях.