Ученые «подкорректировали» фотосинтез и на 40% увеличили урожайность растений

Международная группа ученых впервые продемонстрировала, как решение одной типичной проблемы фотосинтеза растений увеличивает урожайность культур примерно на 40%. Природный фотосинтез, процесс конверсии растениями солнечного света в химическую энергию нельзя назвать полностью эффективным, полагают

Международная группа ученых впервые продемонстрировала, как решение одной типичной проблемы фотосинтеза растений увеличивает урожайность культур примерно на 40%.

Природный фотосинтез, процесс конверсии растениями солнечного света в химическую энергию нельзя назвать полностью эффективным, полагают ученые. Ключевым его моментом является захват углекислого газа белком под названием RuBisCO, однако примерно четверть всего времени реакции этот белок ошибочно захватывает молекулы кислорода, в результате чего в растении образуются побочные токсичные продукты. Способ, с помощью которого растения избавляются от побочных продуктов фотосинтеза, называется световым дыханием, или фотореспирацией.

Фотореспирация – процесс обратный фотосинтезу, он отнимает у растения драгоценную энергию и ресурсы, которые могли быть задействованы для роста и повышения урожайности.

Например в сое, рисе или пшенице фотореспирация может принимать на себя от 20 до 50% энергии фотосинтеза растения. Закономерно, что исследователи начали поиск пути минимизации потерь энергии на световое дыхание. В 2012 году была создана международная научная группа RIPE, целью изысканий которой стало повышение урожайности культур через разработку более эффективных технологий фотосинтеза. Главным спонсором проекта стал Фонд Билла и Мелинды Гейтс, и в 2018 году он объявил о первом важном прорыве: небольшая генная модификация растений позволила осуществлять нормальный процесс фотосинтеза с использованием на 25% меньшего объема воды, что чрезвычайно важно для засушливых регионов планеты.

Читайте также: Создано первое в мире биотопливо с отрицательным углеродным следом

Работая над проблемой фотореспирации, ученые сосредоточились на том, чтобы сократить продолжительность этого процесса. Новая генная модификация растения помогла создать альтернативные каналы вывода побочных продуктов фотосинтеза с меньшим расходом энергии.

«Как строительство Панамского канала способствовало повышению эффективности торговли, искусственно укороченный процесс фотореспирации доказал значительное увеличение эффективности фотосинтеза», - говорит директор RIPE Стивен Лонг.

Эксперименты проводились на ростках табака, поскольку это растение отличается ускоренными темпами роста и простотой генной модификации. За два года испытаний новая технология в реальных условиях продемонстрировала ускоренный рост и увеличение биомассы растений примерно на 40%. Следующим этапом работы ученых станет перенос генной модификации на более ценные сельскохозяйственные культуры – сою, рис, картофель и томаты.

«Мы могли бы накормить дополнительно 200 миллионов в года людей калориями, потерянными из-за «фотодыхания», на одном только Среднем Западе США», - заявляет глава исследования Дональд Орт. – Получение даже части этих дополнительных калорий во всем мире имело бы огромное значение для удовлетворения быстро растущего спроса на продукты питания в 21-ом веке, обусловленного ростом населения и более питательными высококалорийными диетами».

Исследователи надеются, что пройдет около десяти лет и этот прорыв в сельском хозяйстве может быть применен в реальных условиях.

Читайте также: Технология «скоростного выращивания» позволит собирать в 3 раза больше урожаев

Источник: igb.illinois.edu