Новые данные для создания «климатически умных» культур будущего
Исследование в области растениеводства позволило лучше понять, почему некоторые сельскохозяйственные культуры дают больший урожай, чем другие.
Работа, опубликованная в журнале Science Advances, прокладывает путь к будущей инженерии «умных» растений для повышения их продуктивности и урожайности.
Исследование, проведенное на кафедре наук о растениях Кембриджского университета под руководством доктора Паллави Сингх (ныне в Школе биологических наук Эссекского университета), было сосредоточено на фотосинтезе — одном из самых сложных и важных процессов, с помощью которого растения превращают свет, CO2 и воду в сахара.
Существует два типа фотосинтеза: C3 и C4. Большинство продовольственных культур (рис, пшеница, ячмень, овес) используют менее эффективный C3-фотосинтез, при котором углерод фиксируется в сахара в клетках мезофилла, где много кислорода, способного мешать процессу. C4-растения (кукуруза, сахарный тростник, сорго, просо) развили специализированные клетки обкладки для концентрации CO2, что делает C4-фотосинтез до 60% эффективнее, особенно в жарких и засушливых условиях.
Из-за глобального потепления C3-растения всё чаще растут в жарких и сухих регионах и могли бы получить преимущество от энергоэффективности C4-фотосинтеза. Однако этот механизм очень сложен, мало изучен и ранее исследовался в основном на уровне отдельных генов.
Пятилетний проект использовал более комплексный, полногеномный подход для сравнения C4 и C3. Работа с профессором Джулианом Хиббердом и его коллегами из Кембриджа позволила получить беспрецедентное понимание эволюции C4-фотосинтеза. Было обнаружено, что C4-растения приобрели больше «светорегуляторных элементов» — своего рода главных переключателей фотосинтеза. Это открывает путь для генной инженерии, чтобы сделать C3-растения более похожими на C4.
«Мы рады, что наше исследование значительно углубляет понимание причин большей эффективности фотосинтеза у C4-растений, — сказала доктор Сингх. — В условиях роста населения мира будущая продовольственная безопасность станет глобальной проблемой. Нам нужны научные решения, чтобы повысить эффективность сельхозкультур, улучшить их урожайность и создать лучшие механизмы адаптации к изменению климата, чтобы прокормить планету».