Новый картофель процветает в зной

Когда в июне 2022 года на Иллинойс обрушилась испепеляющая жара, специалист по физиологии растений Кэтрин Мичем-Хенсолд надеялась, что её новый биоинженерный сорт картофеля сможет это пережить. Но она была поражена тем, насколько хорошо он себя почувствовал. Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Global Change Biology, растение дало на 30% больше крупных красных клубней, чем обычный, немодифицированный картофель в тех же условиях.

Горячий картофель

«Это исследование особенно примечательно тем, что демонстрирует реальные преимущества в полевых условиях на примере основной продовольственной культуры», — отмечает биохимик Эдвард Смит из Оксфордского университета, не принимавший участия в работе. — «Нет никаких причин, по которым эту технологию нельзя было бы применить к другим растениям».

Чтобы создать этот картофель, Мичем-Хенсолд и её коллеги из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне сосредоточились на досадном процессе, который запускается у большинства растений при высоких температурах, — фотодыхании. В ходе этого процесса ключевой фермент фотосинтеза под названием RuBisCO сбивается с пути и начинает производить токсичный побочный продукт. Для нормального фотосинтеза молекулы RuBisCO должны связываться с углекислым газом, но примерно в четверти случаев они вместо этого хватают кислород — и эта ошибочная реакция происходит гораздо чаще при высоких температурах. Подобная неэффективность может снижать урожайность до 50%.

В новом генно-модифицированном картофеле исследователи вставили в ядро растительной клетки ген, который производит белок, перемещающийся прямо в хлоропласт — клеточную органеллу, отвечающую за фотосинтез. Там этот белок расщепляет токсичный побочный продукт, благодаря чему хлоропласту не нужно отправлять его на переработку в другие части клетки. Это экономит энергию — примерно так же, как покупка местных продуктов экономит топливо, которое иначе ушло бы на их доставку через всю страну.

Во время полевых испытаний в Иллинойсе в 2022 году на посадки обрушилась аномальная жара: четыре дня подряд столбик термометра держался выше +35°C. Но генетическое изменение нового картофеля — которое, к слову, передаётся по наследству следующим поколениям — повысило урожайность почти на треть. «Мы были по-настоящему потрясены», — признаётся Мичем-Хенсолд.

Она добавляет, что процесс фотосинтеза — весьма многообещающая цель для аграрной инженерии, так как его улучшение позволяет повысить урожайность без необходимости использовать больше земли и удобрений. Эдвард Смит называет результаты захватывающими, хотя и хотел бы увидеть данные следующих сельскохозяйственных сезонов.

Новая методика способна помочь культурам адаптироваться к изменениям климата. По словам Мичем-Хенсолд, похожие стратегии уже применялись ранее для риса, но данное исследование впервые доказывает, что это не приводит к снижению питательной ценности продукта: команда заморозила и измельчила клубни, чтобы измерить содержание крахмала, клетчатки, сахаров, белка, кальция, калия, железа, а также витаминов B6 и C.

Сейчас учёные работают над соей и вигной (кормовым горохом). Вигна, как подчеркивает Мичем-Хенсолд, — «невероятно важная культура для продовольственной безопасности африканских стран». А высокоурожайный сорт сои с тем же генетическим улучшением отправится в поле уже в этом году.

Источник: Юлиан Новогродцки, Scientific American № 332, 2025 March.

Теги:

Предыдущая статья:
Человекообразные обезьяны исчезают в дикой природе.

Следующая статья:
Почему воробьи не боятся есть корм с помётом: учёные связали рискованный выбор пищи с геном кишечного иммунитета.