Метаболическая инженерия сахаров и простых производных сахаров у растений

Углерод, фиксированный в процессе фотосинтеза, транспортируется, а иногда и запасается в растениях в форме сахаров. Все органические соединения растений происходят из углерода сахаров, поэтому метаболизм сахаров строго регулируется и интегрирован с процессами развития. Сахара, запасаемые растениями, важны для человека как пищевые продукты и как возобновляемое сырьё для промышленной переработки в биотопливо и биоматериалы. Для некоторых целей сахара имеют преимущества перед полимерами, включая крахмал, целлюлозу и запасные липиды. В настоящем обзоре рассматриваются достижения и перспективы метаболической инженерии растений, направленной на повышение выхода эндогенных сахаров и непосредственное получение более ценных сахаров и простых производных сахаров. Анализируются возможности усиления экспорта сахаров из листьев. Затем внимание переключается на модификацию метаболизма сахаров в запасающих органах-акцепторах, таких как плоды, стебли сахарного тростника и клубни сахарной свёклы. Результаты манипуляций с ферментами, предположительно являющимися «лимитирующими», указывают на необходимость более глубокого понимания механизмов контроля потоков для повышения уровня эндогенных сахаров в культурах, селекционированных по этому признаку. Результаты превращения сахаров в новые сахара и их производные in planta варьируют от серьёзного нарушения развития растений до полевой демонстрации культур, накапливающих более ценные сахара с высокой урожайностью. Эти различия зависят от фундаментальных биологических факторов, включая влияние новых продуктов на эндогенный метаболизм, а также от биотехнологической тонкой настройки, в том числе особенностей экспрессии в ходе развития и компартментализации. В конечном счёте осмотическая активность может ограничивать накопление сахаров, обеспечивая урожаи ниже достижимых при использовании полимеров; однако результаты указывают на возможность повышения урожайности выше современного коммерческого уровня производства сахара посредством метаболической инженерии, основанной на углублённом понимании метаболизма сахаров у растений.