Первые шаги к созданию C4-риса

Международная исследовательская коллаборация, нацеленная на создание высокоурожайных и водоэффективных сортов риса, успешно внедрила часть фотосинтетического аппарата кукурузы в рис.

Учёные собрали пять генов кукурузы, кодирующих пять ферментов C4-фотосинтетического пути, в единую генетическую конструкцию и внедрили её в растения риса. Рис, одна из основных мировых продовольственных культур, использует менее эффективный C3-путь фотосинтеза. Внедрение более эффективных признаков C4-фотосинтеза потенциально может увеличить фотосинтетическую эффективность на 50%, улучшить использование азота и удвоить эффективность использования воды.

Хотя до внедрения всех генов, необходимых для создания C4-риса, ещё далеко, это первая работа, в которой удалось собрать функциональную C4-биохимию в рисе. Использование методов синтетической биологии позволяет вводить несколько генов одновременно, получать растение всего за год и быстро перепроектировать конструкции за несколько месяцев. Это резко контрастирует со старым подходом, когда вставка одного гена могла занимать несколько лет.

Используя тот же метод, что и Хэл Хэтч в 1966 году при открытии C4-пути, исследователи смогли проследить путь меченого CO₂. Это доказало, что фиксация углекислого газа происходит по C4-пути: ферменты не только экспрессировались, но и были активны и функционировали в правильных клетках растения.

Хотя полученные растения ещё не работают как C4 очень эффективно, часть их фотосинтеза уже идёт по C4-пути. Данное исследование заняло пять лет и потребовало скоординированных усилий учёных из множества организаций по всему миру.

Следующий шаг — собрать конструкцию из шестнадцати генов. Эти результаты показывают, что можно манипулировать целым метаболическим путём, и создание функционального C4-риса возможно.