Исследование растений может открыть путь к выращиванию сельхозкультур на морской воде

Новое исследование в области биологии растений прокладывает путь к созданию продовольственных культур, которые не только выживают, но и процветают в солёных условиях. Поскольку засоление затрагивает до 30% пахотных земель во всём мире, ставя под угрозу выживание культур, солевой кризис является дорогостоящим бременем для продуктивности сельского хозяйства.

Под руководством доктора Ванессы Мелино из Университета Ньюкасла исследовательская группа изучала растения рода Salicornia, чтобы лучше понять их солеустойчивые свойства.

"Наше исследование показывает, как солеустойчивые растения функционируют на молекулярном уровне, чтобы справляться с экстремальными условиями. Мы можем использовать эту информацию для выведения культур, которые можно выращивать с использованием солёных грунтовых вод или даже морской воды", — говорит физиолог растений и молекулярный биолог д-р Мелино.

Раскрытие секретов растений, любящих соль

Д-р Мелино провела годы, создавая чистые селекционные линии Salicornia, работая в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии, где это растение произрастает в природе. Salicornia процветает на засоленных территориях по всему миру, включая Центральную Азию, Америку, Европу, Ближний Восток и Северную Африку.

В исследовании, недавно опубликованном в Nature Communications, д-р Мелино и её команда раскрывают новые данные о молекулярных механизмах, лежащих в основе высокой солеустойчивости Salicornia.

"В отличие от большинства других растений, Salicornia может накапливать высокие концентрации натрия в фотосинтетически активных сочных побегах, избегая при этом токсичности ионов. Это говорит о том, что у Salicornia существуют высокоэффективные процессы для хранения натрия в компартментах внутри клеток с помощью специализированных транспортеров", — объясняет она.

Понимание этого процесса даёт надежду на развитие солеустойчивых культур и на будущее сельского хозяйства на основе морской воды. В то время как большинство растений гибнет в солёной среде, Salicornia процветает.

"Salicornia фактически зависит от солёной воды, чтобы расти и достигать зрелости", — говорит д-р Мелино.

Альтернатива растительному маслу?

Salicornia, которую описывают как хрустящую, сочную и солёную, сравнивают со спаржей, отсюда и её прозвище "морская спаржа". В некоторых странах её уже употребляют как деликатес, но д-р Мелино видит новый потенциал в выращивании этого растения для производства как растительного масла, так и высокобелкового ингредиента.

"Сосредоточившись на жирах (масле) и белке, мы пытаемся разработать продукты, которые легко транспортировать и которые являются более устойчивыми, чем другие источники, — используя морскую воду для орошения вместо ограниченных ресурсов пресной воды", — говорит д-р Мелино.

Шрот также может быть отличным источником белка для людей в условиях растущего спроса на альтернативные белки, или же его можно использовать в составе кормов для рыб.

Приручение дикого вида

Salicornia — дикорастущее растение. Как объясняет д-р Мелино, нельзя просто взять дикое растение, культивировать его и ожидать хорошего урожая.

"Традиционная селекция для одомашнивания диких растений — медленный, утомительный и дорогостоящий процесс", — отмечает она.

Д-р Мелино и её команда обращаются к современным инструментам селекции, чтобы ускорить процесс доместикации.

"С помощью современных геномных и генетических инструментов мы можем отбирать и вводить признаки, желательные для возделывания".

Работая на Ближнем Востоке в KAUST, д-р Мелино и её команда первыми применили генетику и геномику для одомашнивания Salicornia.

"Наша цель — превратить это дикое растение в прибыльную масличную культуру для фермеров. Мы используем инструменты и методы, чтобы сделать это как можно быстрее".

Австралийская "морская спаржа" — родственница Salicornia

Теперь, работая в Австралии и будучи лектором Университета Ньюкасла, д-р Мелино обращает внимание на местные солеустойчивые растения, такие как Samphire — также известное как "морская спаржа".

Д-р Мелино отмечает, что использование Samphire в пищу не ново.

"Есть свидетельства того, что коренные народы Западной Австралии давно обнаружили, что семена этого растения съедобны. Я хотела бы теперь связаться с местными старейшинами, которые, возможно, смогут поделиться знаниями коренных народов об их традиционном использовании Samphire".

"Samphire — родственник Salicornia. Он растёт на водно-болотных угодьях Австралии и во внутренних солёных озёрах. Он процветает на сильно засолённых территориях. Немногие растения способны выживать в этих условиях из-за экстремального уровня засоления".

Новая жизнь для засоленных земель

Поскольку более 2 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий Австралии поражены солью, д-р Мелино видит возможность изучить доместикацию Samphire для превращения его в высокоценную масличную культуру и источник альтернативного белка.

Д-р Мелино надеется на партнёрство с австралийскими фермерами и производителями, особенно в Западной и Южной Австралии, где проблема засоления наиболее остра.

"Если мы сможем производить масличные культуры, используя солёную воду, фермеры смогут сохранить свои ограниченные запасы пресной воды для использования на других видах продовольственных культур. Нехватка пресной воды является серьёзным ограничением для сельского хозяйства в Австралии".

Д-р Мелино надеется дать фермерам как в Австралии, так и на Ближнем Востоке и в Северной Африке возможность выращивать новые культуры без использования ресурсов пресной воды.