Исследование сообщает о прорыве в измерении улучшений растений для помощи фермерам в повышении урожайности

Международная команда использует передовые инструменты для разработки сельскохозяйственных культур, которые дают фермерам больше возможностей для устойчивого производства большего количества пищи на меньших площадях. Для этого необходимо тщательно проанализировать тысячи растительных прототипов, чтобы выяснить, какие генетические модификации работают лучше всего. В специальном выпуске журнала Remote Sensing of Environment учёные продемонстрировали, что новая технология позволяет быстрее сканировать целое поле растений, чтобы зафиксировать улучшения в их естественной способности улавливать энергию солнца.

«Этот метод позволяет нам измерять улучшения, которые мы внедрили в фотосинтетический аппарат растения, примерно за десять секунд, по сравнению с традиционным методом, занимающим до 30 минут», — говорит Кэтрин Мичем-Хенсольд, постдокторант Университета Иллинойса, руководившая этой работой в рамках исследовательского проекта Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE). «Это крупный прорыв, поскольку он позволяет нашей команде анализировать огромный объём генетического материала, чтобы эффективно выявлять признаки, способные значительно повысить урожайность культур».

Проект RIPE, возглавляемый Университетом Иллинойса, занимается модификацией сельскохозяйственных культур для повышения их продуктивности за счёт улучшения фотосинтеза — естественного процесса, который все растения используют для преобразования солнечного света в энергию и урожай. RIPE поддерживается Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Фондом исследований в области продовольствия и сельского хозяйства США (FFAR) и Департаментом международного развития правительства Великобритании (DFID).

Традиционный метод оценки фотосинтеза анализирует газообмен через лист; он предоставляет большой объём информации, но на измерение каждого листа уходит 30 минут. Более быстрый, или «высокопроизводительный», метод, называемый спектральным анализом, анализирует свет, отражаемый от листьев, и позволяет предсказать фотосинтетическую способность всего за 10 секунд.

«Вопрос, на который мы хотели ответить: можем ли мы применять спектральные методы для прогнозирования фотосинтетической способности, когда мы генетически изменили фотосинтетический аппарат», — сказал руководитель исследований RIPE Карл Бернакки, учёный из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. «До этого исследования мы не знали, изменит ли модификация фотосинтетических путей растения сигнал, обнаруживаемый спектральными измерениями».

Хотя исследователи доказали, что этот метод можно использовать для скрининга культур, модифицированных для улучшения фотосинтеза, они ещё не выяснили, что именно измеряет спектральный анализ. «Спектральный анализ требует создания специальных моделей для перевода спектральных данных в измерения фотосинтетической способности, которые необходимо воссоздавать каждый год», — отметила Мичем. «Наша следующая задача — выяснить, что именно мы измеряем, чтобы построить прогнозные модели, которые можно будет использовать из года в год для сравнения результатов».

«Хотя впереди ещё есть препятствия, спектральный анализ — это революционная методика, которую можно использовать для оценки различных улучшений фотосинтеза, чтобы выделить изменения, которые с наибольшей вероятностью существенно и устойчиво повысят урожайность», — сказала член исполнительного комитета RIPE Кристин Рейнс, профессор молекулярной физиологии растений Университета Эссекса. «Эти инструменты могут помочь ускорить наши усилия по созданию высокоурожайных культур для фермеров, которые работают над тем, чтобы помочь накормить мир».