На фоне глобального потепления и сокращения источников пресной воды в мире растет спрос на сельхозкультуры, которые потребляют меньше воды – без потери урожайности.
В Израиле вырастили такие помидоры с помощью уникальной технологии CRISPR (криспер). Подробности стали известны в понедельник, 22 января.
Новое открытие исследователей Тель-Авивского университета позволило создать сорта помидоров с более высокой эффективностью использования воды. Исследователи применили технологию для изменения ДНК под названием CRISPR и с помощью генной инженерии вырастили потребляющий меньше воды помидор. Полученные плоды не уступают во вкусе, качеству и урожайности обычным томатам с традиционным поливом.
Исследование проводилось в лаборатории проф. Шауля Яловски и д-ра Нира Саде под руководством группы исследователей из Школы ботанических наук биологического факультета Тель-Авивского университета: д-ра Малликарджуна Рао Пули, в прошлом постдокторанта проф. Яловски, и Пьюрити Мучоки, аспирантки проф. Яловски и д-ра Саде. В исследовании также приняли участие другие студенты и постдокторанты из Школы ботанических наук Тель-Авивского университета, исследователи из Университета Бен-Гуриона в Беэр-Шеве и специалист Орегонского университета в США.
Ученые объясняют, что в свете глобального потепления и сокращения пресной воды существенно вырос спрос на сельхозкультуры с малым поливом. Однако поскольку всем растениям для роста и развития нужна вода, очень трудно вывести подходящие сорта.
Растения испаряют воду посредством транспирации и поглощают углекислый газ, превращая его методом фотосинтеза в сахар через щели в листе – так называемые устьица. Испарение воды и поглощение углекислого газа происходят одновременно через отверстия устьиц. Устьица в листьях открываются и закрываются, тем самым контролируя водоснабжение растения.
В засушливых условиях растение закрывает устьица и теряет меньше воды. Но из-за связи между транспирацией (испарением воды) и поглощением углекислого газа закрытие устьиц уменьшает количество углекислого газа, поглощаемого растением. А когда растения поглощают меньше углекислого газа, фотосинтез сокращается, в результате растения производят меньше сахара. Растения нуждаются в сахаре как в источнике энергии, поэтому снижение фотосинтеза ухудшает рост растений.
У плодовых растений снижение фотосинтеза проявляется снижением урожайности. У помидоров, например, уменьшается вес и количество плодов, ухудшаются вкус и качество.
В своем исследовании израильские ученые с помощью генной инженерии по методу CRISPR создали модификацию гена ROP9 в помидоре. Белки ROP функционируют как переключатели, переходя из активного состояния в неактивное.
Профессор Яловски рассказывает: "Мы обнаружили, что нарушение активности ROP9 вызывает частичное закрытие устьиц, особенно в полдень, когда скорость потери воды растениями наиболее высока. И наоборот, утром и после полудня, когда скорость испарения ниже, не было существенной разницы в потере воды по сравнению с группой контрольных растений Поскольку устьица были открыты утром и днем, растения могли поглощать достаточное количество углекислого газа. Снижения фотосинтеза не было также и во второй половине дня, когда устьица оставались закрытыми".
Для того, чтобы изучить влияние повреждения гена ROP9 на сельхозкультуры, исследователи провели полевой эксперимент с сотнями растений. Было выявлено, что, хотя растения с поврежденным ROP9 теряют меньше воды в процессе транспирации, фотосинтез и урожайность не меняются. Кроме того, исследование выявило новый удивительный механизм контроля открывания и закрытия устьичных щелей, связанный с уровнем окисляющих веществ в устьицах и поэтому имеющий важное значение для науки в целом.
Д-р Саде добавляет: "Есть много общего между ROP9 из помидоров и белками ROP из других сельхозкультур – таких как перец, баклажаны и даже пшеница. Поэтому не исключено, что наши открытия могут послужить основой для разработки дополнительных сельхозкультур с повышенной эффективностью использования воды и для более глубокого понимания воздействия холода на закрывание и открывание устьиц".
Перевод: Анастасия Тадсон
10
