Шаг к повышению урожайности сельскохозяйственных культур

Исследование, проведенное в Кембриджском и Оксфордском университетах и опубликованное в журнале eLIFE, раскрывает эволюционные пути, по которым некоторые растения перешли к более эффективному C4-фотосинтезу. Это может помочь в создании высокоурожайных культур.

Ключевое различие: C3 vs C4

• C3-растения (например, рис) сначала фиксируют CO₂ в соединение с тремя атомами углерода.
• C4-растения (например, кукуруза, сорго, просо, сахарный тростник) сначала фиксируют CO₂ в соединение с четырьмя атомами углерода.

Это различие делает C4-растения примерно на 50% эффективнее C3-растений. Несмотря на то, что они составляют всего 3% видов растений, их вклад в наземную продуктивность достигает 30%.

Цель исследования — C4-рис

Поскольку рис (основная продовольственная культура) является C3-растением, существует глобальная задача создать C4-рис с повышенной урожайностью. Для этого нужно понять эволюционные шаги от C3 к C4-фотосинтезу, который возникал независимо у многих групп растений.

Метод и открытие

Ученые Бен Уильямс и Иэн Джонстон объединили методы биологии и математики:

1. Уильямс оценил наличие или отсутствие 16 признаков, важных для C4-пути, у 73 различных растений (C3, C4 и промежуточных форм).
2. Джонстон разработал методы байесовского моделирования, чтобы создать модель, предсказывающую последовательность шагов в этом сложном эволюционном процессе. Модель основывалась на данных в 16-мерном пространстве с 65 536 узлами.

Главный вывод

Моделирование показало, что существует значительная гибкость в эволюционных путях, которые растения использовали для перехода от C3 к C4-фотосинтезу.

Значение для науки

Это открытие — позитивная новость для биоинженерии. Оно означает, что усилия по созданию, например, C4-риса не ограничены одним единственным маршрутом. Существует много возможных путей, что должно помочь ученым в разработке культур со значительно улучшенной урожайностью для обеспечения продовольственной безопасности.