CRISPR-технология позволила создать томаты с меньшим потреблением воды без потери урожая
Исследователи из Тель-Авивского университета с помощью генетического редактирования CRISPR вырастили и охарактеризовали сорта томатов с более высокой эффективностью использования воды, не жертвуя урожайностью, качеством и вкусом плодов.
Исследование проводилось в лабораториях профессора Шауля Яловски и доктора Нира Саде на факультете наук о жизни имени Уайза. Результаты опубликованы в журнале PNAS.
Проблема: связь между водой и фотосинтезом
В условиях глобального потепления и сокращения ресурсов пресной воды растёт спрос на сельскохозяйственные культуры, потребляющие меньше воды. Однако растения испаряют воду (транспирация) и поглощают углекислый газ для фотосинтеза через одни и те же отверстия в листьях — устьица. При засухе растения закрывают устьица, чтобы уменьшить потерю воды, но это одновременно снижает поглощение CO2 и, как следствие, производство сахаров в процессе фотосинтеза. Для томатов это означает уменьшение количества, веса и сахаристости плодов.
Решение: редактирование гена ROP9
Учёные использовали технологию CRISPR для модификации гена ROP9 у томатов. Белки ROP действуют как молекулярные переключатели. Удаление ROP9 привело к частичному закрытию устьиц в полдень, когда скорость транспирации максимальна.
Проф. Шауль Яловски: "Мы обнаружили, что устранение ROP9 с помощью CRISPR вызывает частичное закрытие устьиц. Этот эффект особенно выражен в полуденные часы".
При этом утром и вечером, когда транспирация ниже, разницы в потере воды между модифицированными и контрольными растениями не было. Благодаря тому, что устьица оставались открытыми в эти периоды, растения поглощали достаточно CO2, и производство сахаров фотосинтезом не снижалось.
Результаты полевых испытаний
Масштабный полевой эксперимент с сотнями растений показал:
- ROP9-модифицированные растения теряли меньше воды при транспирации.
- Не было негативного влияния на фотосинтез, количество или качество урожая (содержание сахара в плодах).
Важное фундаментальное открытие
Исследование также выявило новый, неожиданный механизм регуляции открытия/закрытия устьиц, связанный с уровнем окислительных веществ — активных форм кислорода (АФК) в клетках устьиц.
Перспективы
Д-р Нир Саде: "Белок ROP9 томатов очень похож на ROP-белки других культур, таких как перец, баклажан и пшеница. Наши открытия могут лечь в основу разработки других сельскохозяйственных растений с повышенной эффективностью использования воды".
Это исследование открывает путь к созданию засухоустойчивых культур без компромиссов в продуктивности.