Пионерско проучване, проведено от Института за геномна биология „Карл Р. Ууз“ към Университета на Илинойс, показва как генното инженерство може да направи картофите по-устойчиви на въздействието на климатичните промени. Чрез въвеждане на фотореспираторен байпас изследователите увеличават масата на клубените с 30 % по време на рекордна гореща вълна, проправяйки пътя към климатично устойчиви култури за справяне с глобалните предизвикателства в областта на продоволствената сигурност.
Как фотоиздишването ограничава добивите на култури и пробивът за преодоляването му
Фотоиздишването е процес, който намалява добивите на културите с до 40%, особено при високи температури. Това се случва, когато ензимът Рубиско реагира с кислород вместо с въглероден диоксид, като се получава токсичен страничен продукт, за чието усвояване растенията изразходват енергия. Екипът, ръководен от Катрин Мичъм-Хенсолд, има за цел да заобиколи този неефективен път, за да увеличи максимално използването на енергия за растеж.
„Трябва да произвеждаме култури, които могат да издържат на по-чести и интензивни топлинни вълни, ако искаме да осигурим доставките на храна в регионите, застрашени от глобалното затопляне“, казва Мичъм-Хенсолд, научен ръководител на проекта „Реализиране на повишена ефективност на фотосинтезата“ (RIPE).
Чрез включването на два гена - гликолат дехидрогеназа и малат синтетаза - в хлоропластите на картофите екипът подобрява ефективността на фотосинтезата, като запазва метаболизма на гликолата, токсичния страничен продукт, в рамките на хлоропласта. Тези модификации сведоха до минимум загубата на енергия и значително подобриха растежа при повишени температури.
Изследването, публикувано в Global Change Biology, тества модифицираните картофи по време на полевия сезон през 2022 г., който включва силна гореща вълна с температури, надвишаващи 38 °C в продължение на няколко дни. Докато немодифицираните картофи се бореха, модифицираните растения процъфтяваха, произвеждайки повече клубени, без да влошават хранителните си качества.
Повишаване на продоволствената сигурност чрез иновации в областта на устойчивостта на културите
„Продоволствената сигурност не е само производство на калории, а и поддържане на хранителната стойност. Нашето проучване показва, че е възможно да се постигнат и двете“, обясни Дон Орт, заместник-директор на RIPE и професор по растителна биология и науки за културите Робърт Емерсън.
Това нововъведение може да бъде от полза за други основни култури, като маниока, които са от решаващо значение за продоволствената сигурност в Африка на юг от Сахара, където повишаването на температурите застрашава земеделските добиви. Екипът планира да проведе полеви изпитания на няколко места, за да потвърди своите открития при различни условия на околната среда.
Проектът RIPE, подкрепен от организации, сред които Фондация „Бил и Мелинда Гейтс“ и Gates Ag One, работи за създаване на култури, които по-ефективно превръщат слънчевата светлина в храна, като по този начин осигуряват устойчиво снабдяване с храна в условията на глобално затопляне.
