Ускоренное восстановление: новая кукуруза лучше переносит холод
Кукуруза — одна из основных мировых сельскохозяйственных культур. Каждый человек в среднем потребляет около 32 кг зерна в год. Поскольку растение тропического происхождения, оно крайне чувствительно к холоду. Это проблема для регионов с умеренным климатом, где длится короткий сезон роста, но производится более 60% мирового урожая (около 725 млн тонн в год).
Группа исследователей под руководством Дэвида Стерна из Института Бойса Томпсона и Корнеллского университета сделала шаг к созданию холодоустойчивой кукурузы. Их работа опубликована 20 декабря в Plant Biotechnology Journal.
Суть исследования
Учёные создали кукурузу, которая быстрее восстанавливается после похолодания. Работа основана на исследовании 2018 года, показавшем, что повышение уровня фермента Rubisco (ключевого для превращения CO2 в сахар) ускоряет рост растений. В листьях кукурузы количество Rubisco резко падает при низких температурах.
Растения выращивали 3 недели при 25°C (77°F), затем 2 недели при 14°C (57°F), после чего снова вернули температуру к 25°C.
Результаты
- Генетически модифицированная кукуруза с повышенным уровнем Rubisco показала лучшие результаты до, во время и после холодового стресса.
- У неё были более высокие показатели фотосинтеза на протяжении всего эксперимента.
- Она быстрее восстанавливалась с меньшим повреждением молекул, участвующих в светозависимых реакциях фотосинтеза.
- В итоге эти растения были выше и формировали зрелые початки быстрее после холодного периода.
«По сути, мы смогли снизить тяжесть холодового стресса и обеспечить более быстрое восстановление», — сказала первый автор статьи Корали Саллес-Смит.
Значение и перспективы
Для штата Нью-Йорк, где сладкая кукуруза — важная овощная культура (оборот $40–60 млн в год), ранний урожай наиболее выгоден. Холодоустойчивые сорта позволят farmers раньше начинать посев.
«Разработанная нами кукуруза ещё не полностью оптимизирована, поэтому мы планируем следующее поколение модификаций», — отметил Стерн. В частности, учёные рассматривают добавление холодоустойчивой версии белка PPDK.
Исследователи полагают, что этот подход можно применить и к другим культурам, использующим C4-путь фотосинтеза, например, к сахарному тростнику и сорго.