Науковці пропонують збільшити урожайність сільгоспкультур за рахунок фотосинтезу

За словами головного дослідника і директора проєкту «Реалізація підвищеної фотосинтетичної ефективності (Ripe)» професора Стіва Лонга, за останні десятиліття було мало поліпшень у фотосинтезі сучасних сортів сільськогосподарських культур, таких як соєві боби і пшениця, пише Oils&Fats International.

«Нам необхідно мати можливість підвищувати продуктивність без подальшого збільшення попиту, особливо щодо води», — зазначив професор Лонг.

Хоча ефективність фотосинтезу в сільськогосподарських рослин була значно нижчою від рівнів, які могли бути досягнуті теоретично, на неї було важко вплинути через складну природу процесу, в якому понад 100 етапів кодувалися ще більшою кількістю генів, що давало мільйони потенційних перестановок.

У доповіді йдеться, що професор Лонг і його команда створили цифрового двійника процесу фотосинтезу, який може налаштовувати цей процес мільйонами способів. З цих мільйонів варіантів програма могла визначити ті, які принесуть найбільші поліпшення.

«Потім ми впровадили їх у сільськогосподарські культури, і якщо це призведе до покращення в теплиці, ми візьмемо їх на нашу експериментальну ферму і перевіримо в реальних умовах», — сказав професор Лонг.

Дослідження вже дало багатообіцяючі результати: зміни в механізмі фотосинтезу рослин сої призвели до підвищення врожайності більш ніж на 20% у контрольованому середовищі, і наразі проводяться польові випробування.

Одним із напрямів роботи була зміна реакції рослин на зміни рівня освітленості. У звіті йдеться, що команда працювала з трьома генами, які кодують білки ксантофілового циклу. Це відбувалося, коли листя переходило від світла до тіні, не дозволяючи рослині поглинати більше світла, ніж вона могла використовувати.

Цей процес міг зайняти кілька хвилин, але зміни в генах Райпа означали, що рослини могли швидше пристосовуватися до змін рівня освітленості.

Дослідницьку роботу також проводили інші команди по всьому світу. Наприклад, компанія Wild Bioscience, дочірня компанія Оксфордського університету, працювала над збільшенням частки кожного листка, здатного до фотосинтезу, завдяки збільшенню експресії гена, виявленого в диких рослинах. У цьому процесі задіяна складна обчислювальна біологія.

«Те, що ми робимо, — це намагаємося перепроєктувати природні поліпшення фотосинтезу, які існують у дикій природі, щоб ми могли скопіювати їх у сільськогосподарських культурах», — зазначив співзасновник Росс Хендрон.

Згідно зі звітом, компанія працює над пшеницею, соєю та кукурудзою і домоглася збільшення біомаси насіння більш ніж на 20%. Польові випробування наразі перебувають на стадії оцінки. За словами Хендрона, якщо все піде за графіком, сільськогосподарські культури можуть стати комерційно доступними приблизно до 2030 або 2031 року.

Однак деякі вчені з обережністю ставляться до того, чого можна досягти з погляду врожаю на полях, ідеться у звіті.

За словами  головного наукового співробітника сільськогосподарського науково-дослідного інституту Rothamsted Research Метью Пола, збільшення фотосинтетичної здатності листя може просто призвести до його зменшення, а високі темпи фотосинтезу можуть означати більшу втрату води, а це означає, що рослинам буде потрібно більше зрошення.