Ученые “хакнули” растения, увеличив количество урожая на 40 процентов

Растения обладают необычайной способностью превращать солнечный свет в пищу посредством фотосинтеза. Однако, если что-то является естественным, не означает, что оно эффективно. Большинству культур на планете приходится сталкиваться с процессом, называемым фотореспирацией или фотодыханием, который значительно снижает их урожайность. Теперь ученые разработали способ уменьшить количество ресурсов, потребляемых растениями для фотодыхания.

Как сообщается в журнале Science, ученые разработали несколько альтернативных способов для фотодыхания растений, чтобы они не потребляли столько энергии. Комбинации новых генов и промоторов были протестированы на 1700 растениях в реальных условиях, и лучшие показатели были выделены.

Данное исследование является частью исследования «Реализация повышенной фотосинтетической эффективности» (RIPE), международного проекта, направленного на повышение способности сельскохозяйственных культур к фотосинтезу для повышения продуктивности питания во всем мире. Эта работа заняла более двух лет, чтобы воспроизвести результаты. Команда показала, что спроектированные растения оказались выше и развивались быстрее. Было произведено примерно на 40 процентов больше биомассы, большая часть которой была обнаружена в стеблях сельскохозяйственных культур, которые были на 50 процентов больше.

«Мы могли бы накормить дополнительно до 200 миллионов людей», – говорит в заявлении главный исследователь Дональд Орт. «Восстановление даже части этих потенциальных калорий во всем мире имело бы большое значение для удовлетворения быстро растущего спроса на продукты питания, обусловленного ростом населения и более богатыми высококалорийными диетами».

Фотодыхание – это не плохой процесс, а несчастная необходимость для растений. Фермент Рубиско, имеющий решающее значение для фотосинтеза, способен создавать соединения, токсичные для растений. Это означает, что он должен быть переработан посредством фотодыхания, которое потребляет энергию.

«Фотодыхание – это антифотосинтез», – добавил ведущий автор, молекулярный биолог Пол Саут. «Растениям нужна драгоценная энергия и ресурсы, которые они могли бы инвестировать в фотосинтез, чтобы добиться большего роста и урожая».

По оценкам группы, потребуется около десяти лет, чтобы спроектировать этот хак для основных продовольственных культур и добиться одобрения регулирующих органов. Проект и его основатели также намерены сделать так, чтобы мелкие фермеры, особенно в странах Африки к югу от Сахары и в Юго-Восточной Азии, могли получить доступ ко всем прорывам в рамках проекта без лицензионных платежей.

DOI: 10.1126/science.aat9077