За пределами фотодыхания: системный подход к повышению продуктивности растений
Исследование, опубликованное в Science Advances, выявило перспективные стратегии для значительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур за счёт решения проблемы фотодыхания — метаболического процесса, который может снижать продуктивность до 36% у некоторых культур. Учёные из Гронингенского университета и Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне, работающие в рамках проекта GAIN4CROPS, оценили несколько альтернативных путей, способных помочь преодолеть это серьёзное сельскохозяйственное ограничение.
Фотодыхание происходит, когда фермент RuBisCO, необходимый для фотосинтеза, реагирует с кислородом вместо диоксида углерода, что приводит к значительным потерям фиксированного углерода и энергии. Эта неэффективность ежегодно обходится мировому сельскому хозяйству в миллиарды долларов из-за потери урожайности.
Ключевые выводы исследования:
- Альтернативные углерод-фиксирующие пути показали наибольший потенциал, обеспечивая до 20% больше экспорта углерода по сравнению с обычным фотодыханием.
- Путь TaCo, разработанный в другом проекте FutureAgriculture и используемый в таких проектах, как GAIN4CROPS и CROP4CLIMA, продемонстрировал существенный потенциал для повышения урожайности.
- Факторы окружающей среды, такие как интенсивность света и доступность CO2, значительно влияют на эффективность различных путей.
- Углерод-фиксирующие пути достигают оптимальной продуктивности как при высокой освещённости, так и в условиях ограниченного CO2.
Исследование также даёт новые идеи, которые могут помочь объяснить предыдущие экспериментальные наблюдения и направить будущие усилия по созданию культур с уменьшенными потерями от фотодыхания.
Следующие шаги включают дальнейшую оптимизацию альтернативных путей и их применение к культурам с наибольшим потенциалом для повышения урожайности. Эти достижения могут сыграть решающую роль в решении глобальных проблем, таких как продовольственная безопасность и адаптация к изменению климата.