Устранение двух "узких мест" в фотосинтезе повысило урожайность на 27% и сэкономило воду
Учёные из Университета Эссекса в рамках проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) устранили два ключевых ограничения в фотосинтезе, что позволило повысить продуктивность растений на 27% в полевых условиях. Исследование опубликовано в Nature Plants.
Суть проблемы: Фотосинтез — это процесс "завода" по производству сахаров из света и CO2, эффективность которого ограничивают "медленные" этапы.
Первое решение: В первой стадии фотосинтеза (преобразование света в химическую энергию) транспортный белок пластоцианин работает неэффективно. Учёные добавили ему "помощника" — белок цитохром c6, который выполняет ту же функцию у водорослей и более эффективен. Это позволило ускорить перенос электронов в фотосистемах.
Второе решение: На стадии цикла Кальвина-Бенсона (фиксация CO2 в сахара) команда увеличила количество ключевого фермента SBPase, позаимствовав дополнительный генетический материал у других видов растений и цианобактерий.
Результаты:
- В тепличных условиях комбинация двух улучшений дала прирост биомассы на 52%.
- В полевых испытаниях прирост составил до 27%, что подтверждает практическую ценность метода.
- Также было отмечено повышение водо-использовательной эффективности растений (больше биомассы на единицу затраченной воды), хотя механизм этого эффекта ещё изучается.
Контекст и перспективы:
Это третье крупное достижение проекта RIPE. Ранее были получены методы, повышающие урожайность на 20% (адаптация к изменению света) и на 20-40% (обход побочной реакции фотосинтеза). Моделирование показывает, что совмещение всех трёх подходов может дать совокупный прирост урожайности на 50-60%.
Следующий этап — перенос этих генетических "исправлений" из модельной культуры табака в основные продовольственные культуры: маниок, коровий горох, кукурузу, сою и рис. Проект RIPE финансируется Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Фондом исследований в области продовольствия и сельского хозяйства США (FFAR) и Департаментом международного развития Великобритании (DFID).