Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC), Института генетики растений Польской академии наук (пол. Instytut Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk) и Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley) повысили урожайность растений, увеличив выработку трёх белков, которые участвуют в процессе фотосинтеза. Созданный ими генетически модифицированный табак весит на 14—20% больше своих «традиционных» собратьев. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Учёные выбрали табак потому, что он легко поддаётся модификации. В дальнейшем они собираются работать с продовольственными культурами. «Мы не знаем наверняка, сработает ли этот подход с другими культурами, но поскольку мы затронули универсальный процесс, который у всех культур работает одинаково, мы уверены, что да», — говорит профессор Стивен Лонг (Stephen Long), один из авторов исследования.
Исследователям удалось добиться увеличения урожайности, «обманув» защитные механизмы растений. Так же, как и животные, наши зелёные друзья могут пострадать от интенсивного света. «Листья растения, которое находится под ярким солнечным светом, поглощают больше света, чем могут переработать, — объясняет Лонг. — Если они не смогут избавиться от излишков этой энергии, она обесцветит лист». Чтобы защититься, растения изменяют течение химических процессов внутри листьев и просто рассеивают лишнюю энергию как тепло. Этот процесс называется нефотохимическим тушением (далее — НФТ). «Но когда лист попадает в тень другого листа или облако заслоняет солнце, на то, чтобы процессы нефотохимического тушения прекратились, может уйти до получаса, — добавляет профессор. — В тени недостаток света ограничивает фотосинтез, и к тому же НФТ растрачивает свет как тепло». В 2004 году Лонг и его коллеги рассчитали, насколько медленное «расслабление» после НФТ уменьшает продуктивность культуры в течение дня. Оказалось, что, в зависимости от вида растения и температуры, она снижается на 7,5—30%.
Для того чтобы растения быстрее возвращались в привычное состояние, учёные решили добавить дополнительные копии трёх генов, кодирующих белки, ответственные за «снятие защиты». Большее количество протеинов должно было ускорить реакцию растения на тень. Исследователи взяли эти гены у хорошо изученного модельного организма — резуховидки Таля — и встроили их в табак. После тестов в лаборатории и теплице, модифицированное растение посадили на поле рядом с Иллинойсским университетом. Через 22 дня они получили табак, который весил на 14—20% больше своих немодифицированных собратьев.
Главный вопрос в том, удастся ли сделать то же самое с овощами или злаками. «Табак выращивают ради листьев, и они значительно увеличились, — говорит Йоханнес Кромдийк (Johannes Kromdijk), один из авторов исследования. — Но что касается сельхозкультур, нам нужно будет увеличить те части растения, которые мы едим — будь то плод, семена или корни». Учёные уже начали эксперименты над рисом и кукурузой. Они надеются, что другие научные группы найдут способ «приводить растения в чувство» ещё быстрее, а значит, получат больше биомассы. Возможно, того же эффекта можно достичь без переноса генов между разными видами. Как правило, растения «выключают» лишние копии своих генов, но с помощью CRISPR или другой техники редактирования учёные могли бы обойти этот барьер и работать с генетическим материалом самого вида.
