Новые открытия в области растительных транспортных белков могут смягчить глобальный спрос на продовольствие и топливо

Открытия, связанные с тем, как растения транспортируют важные вещества через свои биологические мембраны для сопротивления токсичным металлам и вредителям, повышения толерантности к соли и засухе, контроля потери воды и накопления сахара, могут иметь глубокие последствия для увеличения поставок продовольствия и энергии для растущего населения Земли.

К такому выводу пришли 12 ведущих биологов растений со всего мира, чьи лаборатории недавно обнаружили важные свойства растительных транспортных белков. В статье, опубликованной 2 мая в журнале Nature, они сообщают, что применение их открытий может помочь миру удовлетворить растущий спрос на продовольствие и топливо, пока население планеты увеличится с 7 до 9 миллиардов к 2050 году.

"Эти мембранные транспортеры — класс специализированных белков, которые растения используют для поглощения питательных веществ из почвы, транспорта сахара и сопротивления токсичным веществам, таким как соль и алюминий", — пояснил Джулиан Шрёдер, профессор биологии из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который объединил усилия 11 других ученых.

Глобальная проблема питания и пути её решения

Из нынешнего населения в 7 миллиардов почти 1 миллиард недоедает, а ещё 1 миллиард страдает от нехватки микроэлементов, таких как железо, цинк и витамин А. Простое увеличение использования удобрений и водоснабжения не сможет удовлетворить совместные требования повышения урожайности и экологической устойчивости. Увеличение производства продовольствия на ограниченных земельных ресурсах будет зависеть от инновационных агрономических практик, связанных с генетическим улучшением сельскохозяйственных культур.

Ключевые открытия и их применение

• Солеустойчивость: Открытие натриевого транспортера, играющего ключевую роль в защите растений от солевого стресса, уже использовано для создания пшеницы, более толерантной к соли в почве. В полевых испытаниях это повысило урожайность пшеницы на 25%.
• Толерантность к алюминию: Понимание того, как транспортные белки контролируют процессы, позволяющие корням переносить токсичный алюминий, открывает потенциал для выращивания культур на 30% кислых почв Земли, которые в настоящее время непригодны для сельского хозяйства.
• Повышение питательности: Разработки в области транспортных белков показали возможность увеличения накопления железа и цинка в продовольственных культурах для улучшения их питательных качеств.
• Эффективность удобрений: Обнаружены транспортеры, позволяющие культурам эффективнее усваивать фосфат и азотные удобрения. Производство азотных удобрений потребляет 1% мировой энергии, но растения используют лишь 30–50% от внесенного азота, а остальное ведет к загрязнению окружающей среды.
• Эффективность использования воды: Открытия в области транспортных белков, регулирующих устьица листьев (через которые растения теряют более 90% воды), могут привести к созданию культур, более эффективно использующих воду.
• Устойчивость к вредителям: Открытие белков-транспортеров, перемещающих сахар по растению, уже использовано для создания риса, устойчивого к вредителям, что может сократить использование пестицидов.

"Так же, как нашим телефонам нужны более совершенные технологии для передачи большего объема информации, растениям нужны лучшие или новые транспортеры, чтобы они могли эффективнее работать на существующих сельскохозяйственных землях", — отметил Дейл Сандерс, соавтор статьи.

Эти недавние достижения в понимании биологии растительных транспортеров ведут к созданию улучшенных сортов, менее восприимчивых к неблагоприятным условиям. Для дальнейшего прогресса необходимы фундаментальные знания и новые открытия в свете растущих потребностей в продовольствии и энергии.