9 грудня - 28 місячна доба

Три кроки на шляху до продовольчого благополуччя планети

Фермент, що прискорює перетворення вуглекислоти рослинами є ключовим фактором підвищення врожайності культурних рослин. Нещодавно вчені зробили черговий крок до інтенсифікації фотосинтезу таких важливих продовольчих культур як пшениця і рис, що може підвищити врожайність їх та інших рослин приблизно на 35-60%. Новий метод фотосинтезу, якщо він буде впроваджений в культурні рослини, не тільки підвищить врожайність, але знизить потребу у воді та добривах, без яких сучасне сільське господарство не може обійтися. Дослідники з Корнельського університету і Дослідницького центру РОТАМСТЕДУ у Великобританії успішно пересадили гени бактерій, відомих як ціанобактерії, рослині тютюн, часто використовуваному в наукових експериментах. Пересаджені гени дозволять рослинам виробляти більш ефективний фермент, необхідний для перетворення атмосферної двоокису вуглецю в цукру та інші вуглеводи. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature. Вчені давно помітили, що деякі рослини переробляють вуглекислоту набагато успішніше інших. Цих «ударників» називають C4-рослинами. Серед них кукурудза і багато видів бур'янів. Однак, 75% світових культур відноситься до іншої групи, званої C3-рослинами. Її представники використовують більш повільну технологію фотосинтезу.

Завдяки самим передовим методам селекції сільськогосподарського виробництва сьогодні вдається підвищувати врожайність пшениці приблизно на 1% щорічно. Але це лише половина від показника, необхідного для того, щоб гарантовано прогодувати населення планети в найближчому майбутньому. Враховуючи важливість проблеми врожайності харчових культур, дослідники довгий час намагаються знайти спосіб перетворити найбільш поширені культурні рослини C3, серед яких пшениця, рис і картопля в С4. На цьому шляху останнім часом відзначений деякий прогрес. Але дослідники з Корнела і РОТАМСТЕДУ вибрали більш простий і ефективний метод. Замість того, щоб перетворювати один вид рослин в інший, змінюючи анатомію, додаючи нові клітини і змінюючи клітинну структуру, вчені зайнялися вдосконаленням компонентів наявних клітин. Взаємини імітації С4-рослин, дослідники запозичили трикомпонентний механізм фотосинтезу ціанобактерій, які використовують для фотосинтезу власні специфічні інструменти. По-перше, всередині клітин білки утворюють спеціальний відсік, де концентрується СО2. По-друге, цей відсік містить фермент-прискорювач, який полегшує перетворення вуглекислоти. І, по-третє, в клітинних мембранах є спеціальні «насоси», закачує в клітини CO2. Раніше цього року дослідникам вдалося сформувати в клітинах рослин білкові відсіки для двоокису вуглецю. Результатом їхньої останньої роботи стало створення ферменту-прискорювача. На сьогоднішній день залишилося зробити третій крок, створити механізм закачування СО2 в клітини. Цю проблему вирішують колеги вчених з Корнела і РОТАМСТЕДУ. Коли рішення буде знайдено, всі три компоненти будуть об'єднані в одних і тих же рослинах. Професор молекулярної біології і генетики з Корнельського університету Морін Хансен (Maureen Hansen) вважає, що практичні результати праць учених стануть доступні в комерційному сільському господарстві не раніше ніж через 5-10 років. За словами професора медицини, біології та навколишнього середовища з Австралійського національного університету Дін Прайс (Dean Price), який не брав участі в поточному дослідженні, мова йде не про звичайну пересадці одного або двох генів. Належить впровадити в рослини 10-15 генів бактерій і переконатися, що гени стабільні. Тільки після цього можуть початися великі польові випробування в рамках вимог правил регулювання використання генетично модифікованих сільськогосподарських культур. MIT Technology Review