Но что, если бы вы могли вырастить растение, которое одновременно способно и то, и другое??
Команда исследователей из Университета штата Мичиган первой совершила этот подвиг, и этот прорыв может иметь плодотворные последствия для фермеров, пытающихся повысить урожайность и накормить растущее население планеты.
«Мы создали генетическую комбинацию, которую никто никогда раньше не создавал», — сказал ученый-растениевод Грегг Хоу, профессор биохимии и молекулярной биологии Фонда МГУ, руководивший исследованием. «Мы получили неожиданный результат, и эти результаты оказались весьма интересными. Это исследование может открыть новые взгляды на то, как ценные свойства растений можно комбинировать новыми и полезными способами."
В статье, опубликованной в текущем выпуске журнала Nature Communications, Хоу, член лаборатории исследования растений при МГУ, и его команда описывают, как им удалось изменить растение арабидопсис — родственника горчицы — путем «нокаута». репрессор защитного гормона и световой рецептор в растении. Это генетическое изменение позволило растению быстро расти и в то же время защищаться от насекомых.
"Обычно растения не могут делать и то, и другое. Обычно считается, что у растений есть фиксированный энергетический бюджет, и они направляют эту энергию на один процесс за счет других процессов. Есть компромисс ", — сказал Хау. "Но на нашем заводе нет энергетических компромиссов. Мы нарушили эту парадигму."
Растения в природе и сельском хозяйстве, которые подвергаются стрессу из-за засухи, болезней или насекомых, будут проявлять защитную реакцию и в то же время, как правило, перестают расти или расти медленнее. Точно так же, когда растения находятся в условиях, в которых они должны расти быстро, например, в борьбе за свет, когда соседи вторгаются — так называемая реакция избегания тени — их защита оказывается под угрозой.
«Это концепция защиты от роста: вы продвигаете защиту, но в то же время отказываетесь от роста», — сказал Хоу. "Больше роста означает меньше защиты, больше защиты означает меньше роста. Но мы проделали некоторые генетические уловки, чтобы заставить растение делать и то, и другое."
Последствия этого прорыва могут найти широкое практическое применение в сельском хозяйстве, поскольку исследования продолжают развиваться.
Если результаты исследования можно будет воспроизвести на сельскохозяйственных культурах, эта работа может принести прямую пользу фермерам, пытающимся прокормить мировое население, которое, как ожидается, достигнет девяти миллиардов к 2050 году. По данным фонда Билла и Мелинды Гейтс, производство продуктов питания необходимо увеличить на 70–100%, чтобы прокормить это растущее население.
«Но можем ли мы сделать это на сельскохозяйственных культурах — это то, чего мы хотим добиться», — сказал Хоу о следующих этапах своего исследования.
Один из распространенных способов повышения урожайности для фермеров — это увеличение густоты посевов. Это приводит к тому, что пропашные культуры, такие как кукуруза или соевые бобы, конкурируют друг с другом за свет, что снижает их защиту и делает их уязвимыми для заражения и болезней.
Чтобы противостоять этим рискам выращивания густо засаженных культур, фермеры должны применять пестициды.
«Если мы сможем разработать более качественные растения кукурузы, вы могли бы упаковать их, и они всегда были бы хорошо защищены без пестицидов — это одно из потенциальных направлений, в котором может развиться это исследование», — сказал Хоу. "Компромисс между защитой и ростом, который мы наблюдаем, можно найти не только в арабидопсисе, но и во всех растениях.
Измененные нами пути гормональной и световой реакции присутствуют у всех основных сельскохозяйственных культур."
Исследование, частично финансируемое U.S.
Министерство энергетики обнаружило у растений связь между защитными и световыми сигналами, процессами, активирующими гены в ответ на стрессы окружающей среды. Такие откровенные результаты стали неожиданностью даже для исследовательской группы.
«Изначально я скептически отнесся к идее исследования и подумал, что это безумие.«Но мы рискнули, и это окупилось», — сказал Хау. "Мы вырастили растение, которое тоже может съесть свой пирог. Тот факт, что это возможно, примечателен."