Вчені винайшли нову технологію фотосинтезу - крок до вирішення глобальної кризи продовольчої безпеки

Популяція людини зростає, а це означає, що нам потрібно покращувати продуктивність сільськогосподарських культур, щоб забезпечити всіх їжею. За останнє сторіччя розвиток рослинництва та сучасного сільського господарства зумовили значне підвищення продуктивності. Проте, це зростання не відповідає попиту. Якщо покращити фотосинтез рослин, це забезпечить селекціонерів новим інструментом для збільшення врожайності. Протягом останніх 20 років вчені досягнули значного прогресу у розумінні цього процесу. Наступний крок – почати масове вирощування культур з поліпшеним фотосинтезом.

Розробка технології фотосинтезу

Нещодавня розробка нової технології фотосинтезу може змінити рослинництво. Це відкриття було випадковим і сталося, коли вчені під керівництвом д-ра Ніка Робертса в AgResearch Ltd працювали над проектом, спрямованим на збільшення метаболічної енергії кормів для  жуйних тварин. Їх підхід полягав у підвищенні рівня ліпідів у листі кормових культур для покращення енергетичного балансу рослин.

Спочатку команда в якості моделі використовувала арабідопсис (рослину род. Cruciferae з невеликим геномом) і розробила технологію біосинтезу двох нових білків. Першим був ензим діацилгліцерол ацетилтрансфераза 1, який синтезує триацилгліцеридні ліпіди. Для  захисту ліпідів від катаболізму  також був експресований інкапсулюючий протеїн цистеїновий олеозин, щоб забезпечити утворення стабільних масляних тілець у рослині. Це призвело до подвоєння рівня ліпідів у листі та, крім того, рослини виросли на 50% швидше. Було виявлено, що рослини мали збільшення фотосинтезу на 24%.

Потім технологія була перевірена на кормових, багаторічному райграсі, і збільшення рівня ліпідів листя, фотосинтезу та темпів росту було підтверджено. Це дає майбутні можливості фермерам підтримувати або підвищувати продуктивність пасовищ, а також пом'якшувати певні екологічні наслідки систем випасу (викиди метану та азоту під час випасу жуйних тварин). Результат також підтвердив, що ця технологія  ефективна для багатьох видів, і вона працювала як у дводольних, так і однодольних рослинах.

Усвідомлення того, що команда винайшла нову технологію фотосинтезу, призвела до подачі патентів щодо нового структурного білка, його здатності збільшувати ліпіди в тканині рослин і, як наслідок, збільшувати фотосинтез. Новизна білків та підходу призвели до дуже широкого патентного покриття.

Протягом усієї ранньої фази досліджень наукова група AgResearch співпрацювала з компанією Kapyon Ventures. Ця співпраца призвела до створення агрокомпанії Zeakal Inc., спрямованої на підвищення врожайності основних культур з біотехнологічними рисами наступного покоління. Дослідники та засновники тепер складають виконавчу групу ZeaKal. Нова технологія фотосинтезу була зареєстрована як PhotoSeed і залучила понад 50 млн. доларів США в рамках гранту та венчурного фінансування.

Розробка PhotoSeed

PhotoSeed має програми для різних культур, які може бути згруповано у три основні області продуктів:

• просапні культури (наприклад, соя та ріпак);
• біопаливні культури (наприклад, цукрова тростина);
• кормові культури.

Хоча промислове виробництво кормів залишається в центрі уваги дослідників AgResearch, компанія ZeaKal спрямовує зусилля на комерціалізацію розвитку PhotoSeed у основних культур, особливо соєвих бобів, як першу комерційну ціль. Більшість (98%) соєвих бобів вирощується в США, Бразилії та Аргентині (219 млн. акрів), а Китай  є найбільшим імпортером. Зі зростанням світового попиту на рослинні олії та білки, очікується, що соєві боби обійдуть кукурудзу як найбільшу в світі біотехнологічну культуру в найближчі кілька років.

У 2017 році на польових випробуваннях тестувальники ZeaKal відзначили успішне збільшення фотосинтезу в соєвих бобах по декількох лініях PhotoSeed. На початку сезону збільшений фотосинтез призвів до прискореного зростання та більшої кількості біомаси. Наприкінці сезону ZeaKal не тільки отримали збільшення врожайності сої, але і підвищений вміст олії в насінні без зменшення білка.

У найближчому майбутньому ZeaKal  планує продовжувати випробування покращень наступного покоління сої.

Також читайте:

• Вчені: дерева можна модифікувати, щоб вони не поширювали насіння
• В Австралії навчились робити екологічно чисту тканину з кокосових відходів
• Науковці розробили інноваційну упаковку для транспортування, яка зберігає квіти протягом 10-15 днів
• Фруктові і овочеві відходи очищають воду від хімічного забруднення краще фільтрів