Ученые корректируют гены растений, чтобы улучшить фотосинтез и повысить урожайность

Увеличиваем урожай батата!

Земля нагревается. Более того, она становится всё более перенаселённой. Это создаёт проблемы для всех и всего, что населяет планету. В условиях глобального изменения климата фермеры столкнутся с двумя уникальными проблемами: сельскохозяйственным культурам придётся выдерживать более жаркие и засушливые условия, а фермам нужно будет кормить больше людей. Уникальные проблемы нашего жаркого и перенаселённого будущего потребуют уникальных решений.

Как нельзя кстати, исследователи объявили, что нашли способ повысить урожайность , изменив растения на генетическом уровне таким образом, чтобы они более эффективно использовали солнечную энергию. Ученые надеются, что это поможет фермерам удовлетворить потребности растущего населения. «Наша цель — сделать так, чтобы это стало доступно бедным фермерам по всему миру», — говорит Кришна Нийоги, один из исследователей, участвующих в проекте, в интервью Popular Science . «Обычные методы селекции растений нас туда не приведут».

Для повышения урожайности ученым сначала пришлось преодолеть естественные защитные системы растений. Когда растение получает больше солнечного света, чем может выдержать, его клетки запускают процесс, чтобы справиться со всей этой избыточной световой энергией. Этот процесс, известный как нефотохимическое тушение флуоресценции хлорофилла (NPQ), позволяет растению выделять избыточную световую энергию в виде тепла, чтобы избежать ожогов. Когда солнце перемещается по небу и растения снова оказываются в тени, NPQ замедляется. Но это занимает некоторое время, и в течение этого времени фотосинтез остается замедленным.

Это естественная защита, которую растения выработали с течением времени, и это, конечно, хорошо для растений. Но сельское хозяйство — это не просто позволить растениям делать то, что им свойственно. Сельское хозяйство — это эксплуатация растений для получения максимальной выгоды для человечества. А сельское хозяйство в XXI веке — это разработка сельскохозяйственных культур и методов ведения сельского хозяйства , которые помогут быстро растущему населению пережить последствия изменения климата. Недостаток NPQ для сельского хозяйства заключается в том, что из-за него сельскохозяйственные культуры теряют много световой энергии, которую они могли бы использовать для производства большего количества сахаров — и фруктов, овощей и т. д. — из поглощенного CO2. Поэтому ученые задались вопросом, можно ли изменить NPQ, чтобы лучше использовать часть этой потерянной энергии.

Группа ученых из нескольких исследовательских институтов нашла способ модифицировать гены, связанные с NPQ (нефотосинтетическим тушением флуоресценции), у растений Nicotiana tabacum (табака), чтобы они быстрее замедляли или останавливали NPQ после того, как растения переставали находиться под палящим солнцем. В результате изменений увеличилось производство трех белков, участвующих в замедлении процесса NPQ. Ускорив замедление NPQ, исследователи повысили фотосинтетическую эффективность табачных растений примерно на 15 процентов.

Значит ли это, что у нас будет на 15 процентов больше табака? Нет. «Конечно, наша цель не в том, чтобы повысить урожайность табака», — говорит Нийоги. «Мы использовали табак, потому что с ним легко работать в лаборатории, и у него листовой покров, похожий на таковой у продовольственных культур». На данный момент это всего лишь экспериментальная проверка концепции, то есть ученые просто хотели показать миру, что это возможно. Поскольку подход его команды использует гены и белки, обнаруженные во всех растениях, говорит Нийоги, эти результаты могут быть применимы ко многим сельскохозяйственным культурам, особенно к таким основным продуктам питания, как маниока, сорго и рис. Таким образом, если эта методика будет подтверждена на других растениях в ходе дальнейших исследований, ее потенциально можно будет использовать во всем мире, помогая многим людям обеспечить продовольственную безопасность.

«Это просто потрясающе», — говорит в интервью LA Times биохимик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Сабиха Мерчант, которая не принимала участия в исследовании . «Если бы это вещество можно было добавлять во все наши продукты питания, корма и топливные культуры, то это, безусловно, решило бы проблему нехватки этих сельскохозяйственных продуктов на десятилетие или даже больше».

Peter Hess “Scientists tweak plant genes to enhance photosynthesis and increase crop yields”

Перевод статьи «Scientists tweak plant genes to enhance photosynthesis and increase crop yields» автора Peter Hess, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык