Lapkričio 28 d., pirmadienis | 22

Bioinžinerija: efektyvesnė fotosintezė didina maistinių augalų derlių

LŽŪKT informacija
2022-10-14

© Agroakademija.lt nuotr.
Mokslininkai transgeniškai pakeitė sojų pupeles, kad padidėtų fotosintezės efektyvumas ir būtų gautas didesnis derlius neprarandant kokybės.

RIPE mokslininkai, atlikę lauko bandymus, pirmą kartą įrodė, kad multigeninė fotosintezės bioinžinerija didina pagrindinių maistinių augalų derlių. Daugiau nei dešimtmetį siekusi šio tikslo, Ilinojaus universiteto vadovaujama bendradarbių grupė transgeniškai pakeitė sojas, kad padidintų fotosintezės efektyvumą ir dėl to būtų gautas didesnis derlius neprarandant kokybės.

BIOMAS GROW straipsnio viduje

Rezultatai pasiekti tinkamiausiu metu

Naujausioje JT ataskaitoje „Aprūpinimo maistu ir mitybos būklė pasaulyje 2022 m.“ nustatyta, kad 2021 m. beveik 10 proc. pasaulio gyventojų badavo, o ši padėtis per pastaruosius kelerius metus nuolat blogėjo ir nustelbė visas kitas grėsmes žmonių sveikatai pasauliniu mastu.UNICEF duomenimis, tikimasi, kad iki 2030 m. daugiau nei 660 mln. žmonių susidurs su maisto trūkumu ir nepakankama mityba. Dvi pagrindinės to priežastys – neefektyvios maisto tiekimo grandinės (galimybės gauti maisto) ir dėl klimato kaitos atšiauresnės pasėlių auginimo sąlygos.

Pagrindiniai šio tyrimo ir RIPE projekto tikslai – gerinti maisto prieinamumą ir didinti maistinių augalų tvarumą skurdžiose vietovėse. „Realizing Increased Photosynthetic Efficiency“, arba RIPE, yra tarptautinis mokslinių tyrimų projektas, kuriuo siekiama padidinti pasaulinę maisto gamybą gerinant maistinių augalų fotosintezės efektyvumą Afrikoje, smulkių ūkininkų ūkiuose į pietus nuo Sacharos. Projektą remia Billo ir Melindos Gatesų fondas, Maisto ir žemės ūkio mokslinių tyrimų fondas ir Jungtinės Karalystės Užsienio reikalų, sandraugos ir plėtros biuras.

„Žmonių, kuriems trūksta maisto, skaičius ir toliau auga, o prognozės aiškiai rodo, kad norint pakeisti šią tendenciją, reikia pokyčių maisto tiekimo procese“, – sakė Amanda De Souza, RIPE projekto mokslininkė ir pagrindinė autorė. „Mūsų tyrimas parodo veiksmingą būdą, kaip aprūpinti maistu žmones, kuriems labiausiai jo reikia, išvengiant didesnio žemės plotų naudojimo gamybai. Fotosintezės gerinimas yra pagrindinė galimybė pasiekti reikiamą derliaus potencialo šuolį.“

Siekta efektyvesnės sojų fotosintezės

Fotosintezė – natūralus procesas, kurio metu visi augalai saulės šviesą paverčia energija ir derliumi – yra stebėtinai neefektyvus daugiau nei 100 etapų procesas, kurį RIPE tyrėjai jau daugiau nei dešimtmetį stengiasi patobulinti. Šiame pirmajame tokio pobūdžio darbe, neseniai paskelbtame žurnale „Science“, grupė patobulino sojų VPZ struktūrą, kad pagerintų fotosintezę, ir atliko lauko bandymus, siekdama išsiaiškinti, ar dėl to padidės derlius.

VPZ struktūroje yra trys genai, kurie koduoja ksantofilų ciklo baltymus, t. y. pigmentų ciklą, padedantį augalams apsisaugoti nuo saulės. Saulei šviečiant, šis ciklas lapuose suaktyvėja, kad apsaugotų juos nuo pažeidimų, ir leidžia lapams išsklaidyti energijos perteklių. Tačiau, kai lapai atsiduria šešėlyje (dėl kitų lapų, debesų), ši fotoapsauga turi išsijungti, kad lapai galėtų tęsti fotosintezės procesą, turėdami saulės šviesos rezervą. Kol augalai išjungia apsaugos mechanizmą, praeina kelios minutės, todėl jie praranda brangaus laiko, kurį galėtų panaudoti fotosintezei.

Šį procesą pagreitina VPZ struktūros trijų genų perteklinė ekspresija, todėl kiekvieną kartą, kai lapas pereina iš šviesos į šešėlį, fotoapsauga išsijungia greičiau. Lapai gauna papildomų fotosintezės minučių, kurios, susumavus per visą vegetacijos sezoną, padidina bendrą fotosintezės greitį. Šie tyrimai parodė, kad pasiekus daugiau kaip 20 proc. didesnį derlių, sėklų kokybė nenukentėjo.

„Nepaisant didesnio derliaus, sėklų baltymų kiekis nepakito. Tai leidžia manyti, kad dalis papildomos energijos, gautos dėl pagerėjusios fotosintezės, greičiausiai buvo nukreipta į azotą fiksuojančias bakterijas augalo šaknų gumbeliuose“, – sakė RIPE direktorius Stivenas Longas (Stephen Long), Ikenberio universiteto Augalininkystės mokslų ir augalų biologijos katedros vedėjas, dirbantis Ilinojaus Karlo R. Vuzo (Carl R. Woese) genominės biologijos institute.

Pirmiausia atlikti tabako tyrimai

Tyrėjai savo idėją pirmiausia išbandė su tabaku, nes šių augalų genetiką lengva transformuoti ir iš vieno augalo galima užauginti daug sėklų. Šie veiksniai leidžia mokslininkams per kelis mėnesius pereiti nuo genetinės transformacijos prie lauko bandymų. Kai koncepcija buvo patvirtinta auginant tabaką, jie ėmėsi sudėtingesnės užduoties – perkelti genetiką į maistinius augalus – sojas.

„Tai, kad dabar pavyko įrodyti, jog labai padidėjo ir tabako, ir sojų derlius, t. y. dviejų labai skirtingų augalų, leidžia manyti, kad tai gali būti taikoma visuotinai“, – sakė Longas. „Mūsų tyrimas rodo, kad derliaus padidėjimui didelės įtakos turi aplinka. Labai svarbu nustatyti šio rezultato pasikartojamumą įvairiose aplinkose ir tolesnius patobulinimus, kad būtų užtikrintas stabilus didėjimas.“

Atliekami papildomi transgeninių sojų bandymai

Šiais metais atliekami papildomi transgeninių sojų lauko bandymai, kurių rezultatų tikimasi sulaukti 2023 m. pradžioje.

„Didžiausias šio darbo siekis – įrodyti, kad galime bioinžineriškai valdyti fotosintezę ir padidinti pagrindinių maistui skirtų augalų derlių“, – sakė De Souza.

RIPE projektas ir jo rėmėjai įsipareigoję užtikrinti, kad projekto technologijos būtų prieinamos ūkininkams, kuriems jų labiausiai reikia.

„Šiuo tyrimų keliu einu daugiau nei ketvirtį amžiaus, – sakė Longas.„Pirmiausia pradėjau nuo teorinės pasėlių fotosintezės efektyvumo analizės, viso proceso modeliavimo išsamiais skaičiavimais, po to taikiau optimizavimo procedūras, kurios parodė kelias šio proceso silpnąsias vietas mūsų pasėliuose. Per pastaruosius 10 metų gautas finansavimas leido mums sukurti kai kurių kliūčių mažinimo projektus ir išbandyti produktus lauko sąlygomis. Po ilgo bandymų laiko komandai labai malonu matyti tokius įspūdingus rezultatus.“

Vertė Saulius Zagorskis, LŽŪKT

Dėl Jums reikalingos informacijos ir paslaugų kreipkitės į LŽŪKT rajonų biurų konsultantus.