Флаговый лист риса может стать ключом к повышению эффективности фотосинтеза
Флаговый лист риса — последний появляющийся лист, сигнализирующий о переходе от вегетативного роста к формированию зерна. Фотосинтез в этом листе обеспечивает большую часть углеводов, необходимых для налива зерна, что делает его самым важным для потенциальной урожайности. Команда из Университета Иллинойса и Международного научно-исследовательского института риса (IRRI) обнаружила, что флаговые листья разных сортов риса преобразуют свет и CO2 в углеводы с разной эффективностью. Это открытие может создать новые возможности для селекции более урожайных сортов.
Опубликованное в Journal of Experimental Botany, исследование изучает индукцию флагового листа — процесс «перезапуска» фотосинтеза после перехода от низкого к высокому уровню света. Это важно, так как ветер, облака и движение солнца вызывают частые колебания освещённости. Скорость адаптации фотосинтеза к этим изменениям сильно влияет на продуктивность.
Впервые исследователи выявили значительные различия между сортами риса в способности флаговых листьев адаптироваться к колеблющемуся свету. Также они показали, что эта способность различается у флагового листа и листьев, сформированных до цветения. Были проанализированы шесть сортов, представляющих широту генетического разнообразия в коллекции из более чем 3000 образцов, чтобы установить наличие вариаций в способности справляться с колебаниями света.
В исследовании обнаружили, что флаговый лист одного сорта начинал фотосинтезировать почти в два раза (на 185%) быстрее, чем у самого медленного сорта. Другой высокоэффективный лист фиксировал на 152% больше сахара. Также были найдены большие различия (77%) в количестве воды, которую флаговые листья обменивали на CO2, необходимый для фотосинтеза. Кроме того, эффективность использования воды флаговыми листьями коррелировала с этим показателем на более ранних стадиях развития, что позволяет предположить возможность отбора по этому признаку у молодых растений.
«Более того, мы не обнаружили корреляции между флаговым листом и другими листьями растения, за исключением эффективности использования воды. Это указывает, что, возможно, необходимо оптимизировать индукцию для обоих типов листьев», — сказал Стивен Лонг. «Хотя это означает больше работы для учёных и селекционеров, это также открывает больше возможностей для улучшения эффективности фотосинтеза и использования воды. Повышение эффективности использования воды становится всё более важным, поскольку на сельское хозяйство уже приходится более 70% водопотребления человечества, и рис, вероятно, является крупнейшей его частью».
Подтверждая предыдущее исследование в New Phytologist, учёные не обнаружили корреляции между данными, собранными в условиях колеблющегося и постоянного (steady-state) высокого уровня света. Этот вывод укрепляет растущий консенсус о необходимости отхода от исследований, основанных на steady-state измерениях.
«Мы осознаём необходимость того, чтобы наши эксперименты точнее отражали реальные условия, с которыми растения сталкиваются в поле», — сказала первый автор Лиана Асеведо-Сиака. «Нам нужно сосредоточить усилия на изучении динамических условий, чтобы улучшать культуры для продуктивности в реальном мире, а не в лабораториях».