Новый способ фотосинтеза поможет повысить урожайность у ряда разнообразных культур

Фотосинтез – удивительно неэффективный процесс преобразования энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ, и именно над его изменением учёные из RIPE работали более десяти лет. Виолаксантиновый цикл защищает листья растений от яркого солнечного света, увеличивая нефотохимическое тушение и рассеивая избыточный свет. Когда же листья находятся в тени, этот цикл отключается, но процесс занимает некоторое время, вследствие чего фотосинтез не происходит беспрерывно.
Учёные изменили гены, кодирующие белки в процессе виолаксантинового цикла (защиты фотосинтетического аппарата от избытка энергии при повышенной инсоляции), что позволило ускорить процесс включения фотозащиты при переходе листа из тени в свет и обратно.
Листья получили дополнительное время фотосинтеза, увеличив его общую скорость.

Ученые изменили гены сои для повышения эффективности фотосинтеза, это привело к повышению урожая и сохранило его качество.

В результате исследования урожайность повысилась почти на четверть, при этом её качество не изменилось.
«Содержание белка в семенах осталось неизменным, это значит, что часть энергии, полученной в результате улучшенного фотосинтеза, была направлена азотфиксирующим бактериям в клубеньках растений», — сказал Стивен Лонг, заведующий кафедрой растениеводства Иллинойсского института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе. Это позволит перейти от генетической трансформации к испытаниям на полях в течение нескольких месяцев.
Исследователи сначала проверили свои предположения на растениях табака из-за простоты преобразования генетики растения. Получив подтверждение этой теории, они перешли к пищевым культурам и первыми испытуемыми стали соевые бобы.
«Показывая существенное увеличение урожайности как табака, так и сои, двух очень разных культур, можно предположить, что это универсальное применение», — сказал Лонг. «Наше исследование показывает, что на повышение урожайности сильно влияет окружающая среда. Крайне важно определить повторяемость этого результата в разных средах и дальнейшие улучшения, чтобы обеспечить устойчивость прибыли к окружающей среде».

«Основное значение исследования – демонстрация того, что мы можем использовать фотосинтез и на биоинженерном уровне повышать урожайность для увеличения производства продуктов питания на основных сельскохозяйственных культурах», — сказал Лонг. «Лично для меня это был путь длиной более четверти века, начиная с теоретического анализа эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур, моделирования всего процесса с помощью высокопроизводительных вычислений, а затем применения процедур оптимизации, которые выявили несколько узких мест в процессе наших культур. После многих лет испытаний и невзгод очень приятно видеть такой впечатляющий для команды результат».