Традиционная селекция неэффективна для улучшения фотосинтеза сои

Исследователи из Университета Иллинойса установили, что улучшение ключевого компонента фотосинтеза сои маловероятно с помощью традиционных методов селекции. Ключом к раскрытию потенциала сои, вероятно, является генное редактирование.

Исследование опубликовано в The Plant Journal.

"Не так много возможностей для улучшения эффективности улавливания света в фотосинтезе сои на клеточном уровне с использованием того, что естественно доступно при традиционной селекции", — заявил Стивен Берджесс. — "Если люди собираются использовать эту стратегию, это действительно должны быть либо подходы с генным редактированием, либо трансгенные методы".

Хотя фотосинтез, естественный процесс преобразования солнечного света в энергию и урожай, лежит в основе жизни растений миллионы лет, он не оптимизирован для современных сельскохозяйственных систем. Дикие виды не эволюционируют для максимизации урожайности и сталкиваются с рядом проблем, которые смягчаются современными агрономическими практиками.

Особенно неэффективна фотозащита — "способность растений безопасно рассеивать избыточную энергию". Когда листья поглощают слишком много солнца, избыток энергии может повредить потенциал роста растения, если он не утилизирован правильно.

"Фотозащита необходима для предотвращения повреждения растений при сильном свете. Однако, когда растения оказываются в тени, они часто медленно ее отключают. Это означает потерю потенциальной энергии, которая могла бы быть использована для роста", — пояснил Берджесс. — "Предыдущие компьютерное моделирование и трансгенные исследования предполагали, что можно ускорить этот процесс, увеличив общую доступную для растения энергию. Мы хотели проверить эти прогнозы".

Эта работа была частью международного исследовательского проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency), целью которого является увеличение мирового производства продовольствия за счет разработки сельскохозяйственных культур, более эффективно преобразующих солнечную энергию в пищу.

Команда Берджесса в течение трех лет высаживала, собирала и анализировала полевые испытания, наблюдая за всеми стадиями развития различных сортов сои, чтобы понять, как все работает и что меняется в течение вегетационного периода.

"Никто раньше не изучал, насколько велика изменчивость [в скорости ослабления фотозащиты] для традиционной селекции сои", — отметил Берджесс. — "Кроме того, большинство измерений, проведенных на других видах, обычно выполнялись в контролируемых условиях, а не в полевых, что имеет решающее значение из-за огромного влияния окружающей среды на фотосинтез".

Именно влияние окружающей среды сделало детальные измерения на протяжении всего вегетационного сезона столь важными. Ученые собрали данные об общем количестве и скорости ослабления фотозащиты в шесть моментов времени на различных стадиях развития растений, а также критически важные данные об окружающей среде: количество осадков, температуру, часы солнечного света и потенциал испарения.

Наблюдение за тем, как различные генотипы сои ведут себя в разное время и в разных условиях, дало ученым наиболее полную картину того, как эта генетика будет работать в других полевых условиях и средах.