ЗДОРОВЬЕ и ИНТЕЛЛЕКТ
ЗДОРОВЬЕ и ИНТЕЛЛЕКТ
Наука, общество, медицина, здоровье, долголетие, лекарства и бады = блогинг и новости
Read 3 minutes

Генетически модифицированный рис: требует меньше удобрений, даёт больший урожай

Продовольственные культуры, как и все растения, нуждаются в азотных удобрениях. Это довольно сложная задача, особенно с учётом того, что численность населения, зависящего от этих культур, будет расти в течение следующих нескольких десятилетий, в то время как площадь пахотных земель будет сокращаться.

Image for post
Рисовое поле с террасами во Вьетнаме. Источник изображения: Getty Images.

В ответ на это генные инженеры в Китае разрабатывают культуры, которые могут расти при меньшем количестве азота, и они вывели сорт риса с урожайностью, которая на 40-70 процентов выше, чем у обычного риса. У него больше зёрен на стебле, каждая частица зерна крупнее и плотнее, а растения зацветают раньше. Большинство методов селекции, используемых в настоящее время в зерновых культурах, могут увеличить урожайность менее чем на 1%, так что это довольно серьёзное достижение.

Один ген изменяет многие

Учёные начали с изучения белков, называемых факторами транскрипции, которые часто контролируют экспрессию набора генов, которые часто участвуют в различных аспектах одной физиологической роли. В этом случае основное внимание уделялось факторам транскрипции, которые, как уже было известно, регулируют фотосинтез.

Чтобы найти идеальную мишень, исследователи проверили набор из 118 факторов транскрипции, ранее идентифицированных для регулирования фотосинтеза в рисе и кукурузе, чтобы найти те, которые также активировались в ответ на свет и низкий уровень азота.

Когда они нашли один такой, они создали линии трансгенного риса, которые производили его в большом количестве. Чрезмерная экспрессия такого фактора транскрипции вместо отдельных генов, которые он контролирует, похожа на требование поговорить с менеджером, вместо того, чтобы мотаться между различными представителями службы поддержки клиентов в разных отделах.

Полученные растения риса были посажены на полях с различными условиями окружающей среды: поля с умеренным климатом недалеко от Пекина, тропические поля в провинции Хайнань и субтропические поля в провинции Чжэцзян.

В течение трёх лет все растения риса демонстрировали повышенную способность к фотосинтезу и повышенную эффективность использования азота. У них было больше хлорофилла и больше, более крупных хлоропластов, чем у дикого риса. У них также было более эффективное поглощение азота в корнях, чем у дикого риса, и у них был более эффективный перенос этого азота от корней к побегам, чем у дикого риса. Это повысило урожайность зерна, даже когда растения выращивались с меньшим количеством азотных удобрений.

Другие эксперименты проводились с трансгенными растениями, выращенными на гидропонике и на рисовых полях, и они прошли одинаково хорошо.

Избыточная экспрессия того же фактора транскрипции у более популярного сорта риса (japonica, в отличие от распространённого Oryza sativa, который использовался в большинстве других экспериментов), а также у пшеницы и арабидопсиса (наиболее часто используемого модельного организма в биологии растений) оказывала аналогичное воздействие на эти растения.

Последующие эффекты

Этот фактор транскрипции регулирует активность 345 генов, большинство из которых, как известно, реагируют на стрессы в виде соли, засухи и холода. Когда учёные сверхэкспрессировали один из этих генов, отвечающий за раннее цветение, растения зацвели раньше, но они были низкорослыми и давали меньший урожай зерна. Вероятно, это связано с тем, что раннее цветение в отрыве от повышенного использования углерода и азота, обеспечиваемого фактором транскрипции, не позволило растениям накопить достаточные ресурсы за сокращённое время роста.

Авторы предполагают, что редактирование генома может быть использовано вместо трансгенных методов, на которые они полагались, для сверхэкспрессии этого фактора транскрипции в других культурах, чтобы они тоже могли получать более высокий урожай. Такие сорта могут пригодиться в тех случаях, когда вегетационный период и площадь полей могут стать ограниченными, а азотных удобрений может не хватить – из-за таких сценариев, как лесные пожары, наводнения, засухи и других экстремальных событий.

Science, 2022. DOI: 10.1126/science.abi8455
источник https://arstechnica.com/science/2022/07/boosting-one-gene-in-rice-yields-more-grain-using-less-fertilizer/
перевод, редактура и адаптация Дмитрий Бобров

1 view
Add
More
ЗДОРОВЬЕ и ИНТЕЛЛЕКТ
Наука, общество, медицина, здоровье, долголетие, лекарства и бады = блогинг и новости
Follow