Ученые из США смогли заставить табак расти на 20% быстрее нормы благодаря небольшим оптимизациям в генах фотосинтеза, которые заставили растение быстрее выходить из «безопасного режима».
Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Science, передает РИА Новости.
«Мы использовали табак по той причине, что с ним проще работать, но мы сейчас вносим подобные модификации в ДНК риса и других полезных сортов растений. Те молекулярные процессы, которые мы меняем, являются общими для всех растений, и мы надеемся, что мы достигнем столь же существенного увеличения в скорости роста», — заявил Кришна Ниоги (Krishna Niyogi) из университета Калифорнии в Беркли (США).
За миллионы лет эволюции растения и цианобактерии научились захватывать фотоны солнечного света и использовать их энергию для сборки молекул питательных веществ. С одной стороны, этот процесс очень эффективен с точки зрения химии, а с другой — растения используют лишь 1-2% от общей энергии излучения Солнца. Учитывая нарастающий продовольственный кризис и нужду в «зеленых» источниках топлива, ученые в последние годы неоднократно пытались «улучшить» КПД растений.
Как рассказывает Ниоги, одним из главных ограничителей в эффективности фотосинтеза являются сами растения – когда они считают, что свет Солнца является чрезмерно ярким, их листья начинают рассеивать свет, превращая его в тепло, тем самым защищая себя от ожогов и чрезмерно сильного испарения воды.
Когда жара спадает, они возвращаются в нормальное состояние далеко не сразу, что заметно понижает эффективность фотосинтеза. В целом, как показывают расчеты ученых, этот «безопасный режим» снижает максимальную эффективность растений, растущих в средней полосе США или России, на 25-30%.
Ниоги и его коллеги решили ликвидировать этот недостаток, поменяв устройство трех генов из семейства NPQ, дирижирующих работой белков, заставляющих растение «отключить» эту систему защиты от перегрева во время облачной погоды или просто темного времени суток. Для этого ученые вставили по две дополнительных копии этих генов в ДНК в клетках листьев табака и проверили, как те будут реагировать на свет.
Подобный прием оказался очень эффективным – в зависимости от числа вставленных генов, скорость производства питательных веществ в клетках табака выросла на 14-20%, что побудило ученых продолжить данный эксперимент уже в теплице. Полевые опыты подтвердили результаты лабораторных анализов – ГМО-табак с модифицированной «системой безопасности» действительно рос примерно на 14-20% быстрее, чем его обычные сорта, и при этом не страдал от солнечных ожогов и других последствий «перегрузки» системы фотосинтеза.
Как считают ученые, схожих эффектов можно будет быстро добиться и в пшенице и в других пищевых сортах растений. Их создание, по словам Ниоги и его коллег, поможет человечеству избежать систематического недостатка пищи на Земле, которые могут появиться уже к середине столетия по прогнозам экспертов ООН.