Рис с улучшенным фотосинтезом даёт больший урожай
Новый биоинженерный подход для усиления фотосинтеза у растений риса может увеличить урожай зерна на до 27%, согласно исследованию, опубликованному 10 января в журнале Molecular Plant. Подход, названный GOC bypass, обогащает клетки растений CO2, который в противном случае терялся бы в процессе фотодыхания. Генетически модифицированные растения были более зелёными, крупными и показали повышенную эффективность фотосинтеза и продуктивность в полевых условиях, особенно при ярком свете.
Основной генетический подход для повышения урожайности сосредоточен на фотосинтезе. Один из способов усилить его — обойти фотодыхание, процесс, при котором поглощается O2 и выделяется CO2. Его "стоимость" огромна, а отмена могла бы привести к росту фотосинтеза на до 55%.
В новом исследовании учёные разработали стратегию перенаправления CO2 от фотодыхания к фотосинтезу. Они преобразовали молекулу гликолата (продукта фотодыхания) в CO2 с помощью трёх ферментов риса. Для этого гены, кодирующие эти ферменты, были введены в хлоропласты — органеллы, где происходит фотосинтез.
Результаты:
- Скорость фотодыхания снизилась на 18–31%.
- Чистая скорость фотосинтеза выросла на 15–22%.
- Сухая масса надземной части растений увеличилась на 14–35%.
- Зёрна крахмала увеличились в размере на 100%, а их количество на клетку — на 37%.
- Урожай зерна в весенний сезон вырос на 7–27%.
Это первое исследование, тестирующее обход фотодыхания на рисе. Ранее эксперименты проводились в основном на модельном организме Arabidopsis в контролируемых условиях.
В дальнейшем исследователи планируют оптимизировать работу модифицированных растений в поле, внедрив тот же метаболический обход в другие сорта риса, а также применить подход к другим культурам, например, картофелю.