Ускоренный скрининг фотозащиты у сельскохозяйственных культур
Растения используют фотосинтез для создания пищи из солнечного света. Когда листья находятся под прямым солнцем, их молекулы хлорофилла получают больше световой энергии, чем могут использовать. Неиспользованная энергия может привести к образованию отбеливающих агентов, повреждающих лист, что снижает эффективность фотосинтеза на 10–30%.
Для защиты от повреждений растения используют механизм нефотохимического тушения (non-photochemical quenching, NPQ) возбуждённых состояний хлорофилла. Ускорение релаксации NPQ потенциально может повысить эффективность фотосинтеза.
В исследовании, опубликованном в Journal of Visualized Experiments, учёные проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) из Университета Иллинойса и Кембриджского университета представили высокопроизводительный метод скрининга скорости релаксации NPQ у растений в полевых условиях.
Методология
Метод основан на анализе флуоресценции хлорофилла с модуляцией амплитуды пульса (pulse amplitude modulated, PAM). В отличие от традиционных измерений на отдельных растениях, новый подход использует анализ листовых дисков, что позволяет:
- Тестировать сотни генотипов в день.
- Проводить полногеномные ассоциативные исследования (GWAS).
Протокол был разработан для сои, выращенной в поле, но может быть адаптирован для растений из теплиц и других высших растений.
Ключевые условия для надёжных измерений
Для получения точных данных необходимо учитывать:
- Аккуратное обращение с листовыми дисками (грубая работа пинцетом вызывает стресс).
- Скорость активации и релаксации NPQ варьируется в зависимости от возраста листа и стадии развития растения.
Значение работы
«Определяя основные "узкие места", мешающие фотосинтетической эффективности, мы можем понять, как помочь растениям расти продуктивнее», — отметил Йоханнес Кромдейк, соавтор исследования. PAM-анализ флуоресценции хлорофилла — мощный метод для таких измерений, а новый протокол позволяет анализировать множество генотипов одновременно.