Повышение эффективности удаления токсинов у растений может увеличить урожайность на 47%

Международный исследовательский проект RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) работает над повышением эффективности фотосинтеза. В новом исследовании показано, что можно значительно повысить урожайность, ускорив процесс удаления естественных токсинов у растений.

Фотореспирация — энергозатратный процесс

Во время фотосинтеза белок Rubisco иногда вместо углекислого газа использует кислород. Это приводит к образованию токсичных побочных продуктов, таких как гликолят и аммиак.

Для их удаления запускается фотореспирация — естественный метаболический процесс у таких культур, как рис, пшеница и соя. Однако он может потреблять более 30% энергии растения, а при высоких температурах — до 50%, что снижает урожайность.

Ускорение фотореспирации

Исследователи из Университета Эссекса и USDA-ARS решили ускорить этот процесс, увеличив в растениях количество H-белка, участвующего в фотореспирации.

Эксперименты на модельном растении Arabidopsis показали, что увеличение H-белка ускоряет переработку токсинов. Эта идея была перенесена в поле на растениях табака (Nicotiana tabacum).

Ключевым оказался контроль уровня H-белка:

  • Слишком высокое количество во всем растении вредило росту.
  • Тонкая настройка позволила увеличить производство белка только в листьях, что ускорило фотосинтез и рост.

Для этого использовалась ДНК картофеля (Solanum tuberosum), чтобы повысить уровень H-белка именно в нужной ткани.

Результаты и перспективы

После двух лет полевых испытаний урожайность табака увеличилась на 27–47%.

Следующие цели — применить эту технологию к важным продовольственным культурам: сое, коровьему гороху и маниоку. Если удастся достичь аналогичного прироста урожайности, это станет серьезным вкладом в решение проблемы питания растущего населения.

Вопросы безопасности и технологии

  • Растения с повышенным уровнем H-белка считаются генетически модифицированными организмами (ГМО), так как часть ДНК имеет иностранное происхождение (картофель).
  • Безопасность будущих "высокобелковых" пищевых культур должна быть подтверждена (аллергены, воздействие на окружающую среду) до одобрения FDA и USDA.
  • Исследователи отмечают, что существуют разные методы создания новых культур (традиционная селекция, ГМО, CRISPR), и цель у них общая — обеспечить устойчивое производство продовольствия.
2018-06-26