Революционный метод повышения урожайности риса

Учёные под руководством докторов Тошинори Киножита, Маосина Чжана (Институт трансформативных биомолекул, Университет Нагои, Япония) и Ийонга Чжу (Центр совместных инноваций по утилизации твёрдых органических отходов, Нанкинский сельскохозяйственный университет, Китай) разработали метод, который за счёт увеличения числа копий гена плазматической протонной помпы в рисе одновременно усиливает поглощение питательных веществ корнями и открытие устьиц, повышая урожайность риса, выращенного на полях, более чем на 30%.

В предыдущих исследованиях группа обнаружила, что плазматическая протонная помпа играет важную роль в регуляции открытия устьиц. Создав линию риса с гиперэкспрессией определённого гена этой помпы, они выявили увеличение поглощения питательных веществ корнями более чем на 20% и усиление фотосинтеза более чем на 20%. Полевые испытания на четырёх разных рисовых фермах показали прирост общей урожайности более чем на 30%. Этот успех — прорывное достижение благодаря одновременному воздействию на усвоение питательных веществ и работу устьиц, что открывает перспективы для практического применения.

Растения поглощают минеральные питательные вещества (азот, фосфор, калий) через корни и одновременно усваивают CO₂ через устьица на листьях, осуществляя рост за счёт фотосинтеза. Фотосинтез важен не только для производства пищи, но и для обмена CO₂ и регулирования окружающей среды. Поступление CO₂ происходит исключительно через устьица. Следовательно, возможность шире открывать устьица и усиливать питание корней для ускорения фотосинтеза позволила бы не только увеличить рост и урожайность, но и снизить уровень CO₂ и использование удобрений.

В данном исследовании была создана линия риса с повышенной экспрессией гена плазматической протонной помпы OSA1. Анализ фенотипа показал, что по сравнению с диким типом, эта линия:

• Поглощала на 20% больше минеральных питательных веществ.
• Открывала устьица на 25% шире при освещении.
• Увеличивала способность к усвоению CO₂ (показатель активности фотосинтеза) более чем на 25%.
• Увеличивала сухую массу (биомассу) на 18–33% при гидропонном выращивании в лаборатории.

Затем учёные проверили результаты в реальных условиях. Двухлетние измерения урожайности на четырёх фермах подтвердили, что рис с гиперэкспрессией OSA1 даёт урожай на 30% выше, чем дикий тип. Более того, даже при сокращении нормы азотных удобрений вдвое, модифицированная линия превосходила по урожайности дикий тип, получавший полную норму.

Это революционное исследование указывает путь к решению проблем продовольственной безопасности и избытка CO₂ с помощью растений с гиперэкспрессией генов протонных помп. Хотя первые модели созданы методами генной модификации, ожидается, что в будущем появятся линии, полученные с помощью геномного редактирования или химической инженерии, не относящиеся к ГМО.