Населення світу, за деякими прогнозами, досягне майже 10 мільярдів до 2050 року. Та існують обґрунтовані побоювання, що з-за великої кількості людей і загрози глобального потепління їжі на всіх не вистачить. У зв’язку з цим заяву американських вчених про удосконалення одного з найбільш важливих біологічних процесів на планеті — фотосинтезу — багато сприйняли з великим піднесенням.
Дослідники говорять, що їм вдалося «зламати» фотосинтез — процес, який допомагає рослині перетворювати сонячне світло в хімічну енергію. І тепер вчені знайшли спосіб змусити рослини швидше поглинати сонячне світло, в результаті чого підвищується врожайність.
Фахівці Іллінойського університету в Урбана-Шампейн та Університету Каліфорнії виявили, що вони можуть збільшувати продуктивність генетично модифікованих рослин тютюну з 14 до 20 відсотків. Такого результату вдалося досягти за рахунок підвищення вмісту трьох білків, що беруть участь у фотосинтезі. Ті самі сполуки допоміг вибрати багаторічний аналіз різних експериментів.
Зазначається, що дослідники давно вивчають весь процес фотосинтезу, щоб визначити, де його можна вдосконалити.На цей раз фахівці націлилися на процес, що рослини використовують для захисту себе від занадто яскравого сонячного світла.
Коли яскраве сонце висвітлює листя культури, рослина абсорбує більше світла, ніж воно може використовувати для фотосинтезу. Якщо воно не може позбутися від надлишку енергії, листя страждають, пояснюють вчені.
Щоб захиститися від цього, рослини запускають процеси, які змушують листя розсіювати зайву енергію у вигляді тепла. Хімічні зміни, що відбуваються при цьому, дослідники називають нефотохимическим гасінням (NPQ). Рослини практично миттєво включають механізм «гасіння» при сильному освітленні, але, після того як загроза минула, у них займає набагато більше часу його вимикання.
«Наприклад, коли хмара затінює сонце або листя рослин заслоняются іншими листям, захисне розсіяння продовжується ще протягом деякого часу — до півгодини. У тіні недолік світла обмежує фотосинтез, а процес NPQ крім того змушує рослину раніше втрачати світло у вигляді тепла», — говорить провідний автор дослідження Стівен Лонг (Stephen P. Long).
Комп’ютерне моделювання показало, що енергія, витрачена на «послегашение», знижує загальну врожайність — від 7,5 до 30 відсотків. Все залежить від виду рослин та умов освітленості.
Дослідники модифікували три гени, щоб підвищити вміст трьох білків, які можуть допомогти збільшити ефективність фотосинтезу. Тобто зробити його більш швидким після зникнення яскравого сонячного світла.
Вони вирощували розсаду у ході декількох експериментів і вибирали три кращих лінії рослин. Фахівці брали під увагу те, як рослини реагували на зміни в освітленні. Потім вони вирощували «поліпшені версії» на кількох ділянках поля поряд зі звичайними рослинами тютюну. Дві вибраних лінії постійно давали на 20% більший урожай, третя — на 14 відсотків.
Звичайно, вигода від збільшення врожаю рослин тютюну сумнівна. Але такі рослини були обрані для первинних експериментів спеціально — вони досить легко модифікуються. Зараз же вчені зосередилися на продовольчих культур — рису та сої.
Генетично модифіковані рослини, які поглинають більшу кількість світла, виробляють на 20 відсотків більше врожаю.Так що такі результати можуть мати дуже серйозні наслідки для глобальних поставок продовольства.
Крім того, дослідження підтверджують теорію про те, що фотосинтез може стати ефективним «зброєю» в боротьбі за підвищення врожайності рослин. Раніше подібну гіпотезу в науковому світі сприймали з великим сумнівом.
До речі, подібні технології були використані раніше для виробництва культур, які більш стійкі до шкідників і різних захворювань, а також менш чутливі до гербіцидів. Але вперше вчені генетично модифікували рослини для збільшення врожайності.
Стаття про дослідження вийшла в науковому журналі Science.
Додамо, що раніше поліпшити здатність рослин до фотосинтезу вдалося за допомогою нанотехнологій. А ще вчені встановили, що представники флори можуть вважати краще людей і полюють «з розумом», не маючи мозку.
