В дикой природе это часто каждое существо для себя - даже растения. Оставленные на произвол судьбы, большинство диких видов растений только создают достаточно энергии, чтобы пустить корни и произвести листья и семена. Но люди хотели большего.
Люди уже тысячелетиями разводят и подстраивают растения, делая их устойчивыми к насекомым и помогая им выращивать слаще, большие фрукты и овощи. Теперь, новое исследование предполагает, что мы сможем заставить растения работать еще усерднее, радикально улучшая урожайность в будущем, сообщает Джастин Гиллис для The New York Times .
Профессор сельскохозяйственных культур Стивен Лонг и его команда из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн, вставили гены трех белков, участвующих в фотосинтезе, в растения табака, что привело к их росту на 14–20 процентов больше, чем у неизмененных растений, согласно данным Исследование опубликовано недавно в журнале Science.
Как это работает?
Когда листья растений подвергаются воздействию солнечного света, они поглощают часть световой энергии для стимулирования фотосинтеза. Но солнце производит больше света, чем лист может выдержать. На самом деле, так много энергии попадает на листья, что может обесцвечивать или рассыпать листья, если с ними не бороться. Таким образом, у растений есть механизмы, которые включаются при ярком солнечном свете, чтобы рассеивать эту дополнительную энергию в виде тепла, процесс, который называется нефотохимическим гашением (NPQ).
Проблема в том, что отключение NPQ может занять полчаса, если облака или другие тени временно останавливают сверкающие лучи солнечного света. Вместо того, чтобы усиливать фотосинтез и усиливать NPQ, завод продолжает тратить много этой энергии на тепло. В течение дня Лонг и его команда подсчитали, что медленный процесс NPQ снизил урожайность на 7, 5-30%.
Чтобы растения быстрее отключали NPQ, команда передала гены трех белков из растения, известного как кресс-салат тала, растениям табака, выбранным из-за их простоты манипулирования. Они выращивали обработанные культуры и получили впечатляющие результаты. Gillis сообщает, что один сорт табака вырос на 13, 5%, на 19% - на другой, а на третий сорт - на 20%.
Исследователи полагают, что их методы переведут на продовольственные культуры с конечной целью повышения урожайности. Большая часть их исследований была профинансирована Фондом благотворительности Гейтс, который финансирует многие проекты с целью улучшения производства продуктов питания по всему миру, сообщает Gillis. Планируется провести следующую проверку этой концепции на таких продовольственных культурах, как вигна, рис и маниока, которые важны в районах с недостаточной продовольственной безопасностью в Африке.
«Организация Объединенных Наций прогнозирует, что к 2050 году нам нужно будет производить примерно на 70 процентов больше продовольствия на той земле, которую мы в настоящее время используем», - говорится в пресс-релизе Лонга. «Я считаю, что сейчас очень важно иметь эти новые технологии на полке, потому что может пройти 20 лет, прежде чем такие изобретения смогут достичь фермерских полей. Если мы не сделаем это сейчас, у нас не будет этого решения, когда оно нам понадобится ».
Не все полностью убеждены результатами табака, тем более что табак является листом и не дает семян или зерен. «Как это выглядит у риса, кукурузы, пшеницы или сахарной свеклы?» - спрашивает Джиллис, старший научный сотрудник Фонда информационных технологий и инноваций в Вашингтоне. «Вы должны внести его в горстку важных культур, прежде чем сможете показать, что это реально, и это окажет огромное влияние. Мы еще не там.
Но есть признаки того, что технологии ставят человечество на грань Второй зеленой революции, в которой новые виды перегруженных культур, способных противостоять засухе, засолению и плохому плодородию, принесут питание и продовольственную безопасность обнищавшим странам во всем мире.
Недавно исследователи секвенировали геномы 3000 сортов риса, что может помочь им найти гены, контролирующие устойчивость к пестицидам и повышенную урожайность. Исследователи даже разработали синтетическую версию фотосинтеза, которая может помочь им найти способы сделать процесс более эффективным в пищевых культурах, а также может помочь вывести некоторое количество углекислого газа из атмосферы.
