На порозі нової зеленої революції

346
0
Рослини рису
Kurkul.comРослини рису

Рис є одним з основних компонентів харчування для майже половини населення світу, однак його врожайність в основному знижується, а кліматичні ризики тільки зростають. Вчені Австралії сподіваються вивести сорт рису, який буде стійким до повеней, штормів, спеки та посухи.

Науковець Роберт Фурбанк відкриває залиту світлом камеру, щоб оглянути стебло рису зі стиглими волотями зерна. Воно виглядає як і будь-яке інше. Єдина відмінність полягає в тому, що цей пагін із лабораторії Австралійського національного університету в Канберрі, є прототипом, який може здійснити революцію у вирощуванні рису та значно покращити його врожай в наступні десятиріччя.

«Майбутнє рису може бути у цих камерах», — сказав професор Роберт Фурбанк, вказуючи на кілька ростових камер, здатних відтворювати рівень світла, температуру та інші умови, які необхідні рослині рису для стрімкого росту.

Прототип є результатом майже 10-річного дослідження, яке є одним із найамбітніших на планеті та проводиться консорціумом університетів у восьми країнах. Він фінансується частково Фондом Білла і Мелінди Гейтсів. Очолює даний консорціум Оксфордський університет.

Рисові поля у В'єтнамі

Завданням проекту є отримання рослин рису з генами кукурудзи. Кінцева мета полягає у підвищенні врожайності рису на принаймні 50 % при використанні набагато меншої кількості води та добрив для росту. Якщо дослідники досягнуть успіху, це спричинить ще одну зелену революцію.

І це може статись доволі скоро.

Рис є найважливішою у світі сільськогосподарською культурою — він є основним продуктом для близько половини населення світу. Але врожайність рису не підвищується, тоді як попит на нього, як очікується, зростатиме у міру зростання світового населення.

Згідно з часто повторюваною оцінкою, ООН вважає, що до 2050 року виробництво продуктів харчування повинне зрости на 70%. Ніхто точно не знає, наскільки більше буде потрібно рису. Але експерти переконані, що вирощування рису стане ще більш складним через суттєві погодні коливання, спричинені зміною клімату та обмеженням площі посівів через конкурентний попит на землю з боку міст, промисловості та інших сільгоспкультур.

Суттєві коливання у світовому виробництві рису та інших зернових культур, таких як пшениця, можуть викликати величезні сплески цін, масові заворушення та голод. Тому вчені терміново намагаються розробити сорти сільськогосподарських культур, які дають більші врожаї і можуть витримувати значні зміни погоди. Рослини майбутнього повинні боротись із сильною спекою, посухою та повенями.

Рослини рису

«Нам потрібна стабільність. Ми не можемо опинитися в такому становищі, коли попит на наші основні зернові культури коливається у відповідь на зміну клімату. Нам потрібно мати стабільність, яка забезпечить наше споживання у майбутньому», — сказав професор Роберт Фурбанк.

Саме нагальна потреба в стабільності лежить в основі програми C4 Rice Project. Міжнародний науково-дослідний інститут рису поблизу Маніли є головним партнером проекту й у майбутньому саме там фермери зможуть придбати «супер рис».

Загалом, консорціум прагне зробити рисові рослини набагато більш ефективними у використанні сонячного світла, вуглекислого газу (CO2) та води — основних інгредієнтів для фотосинтезу.

Рослини розвинули різні види фотосинтезу, деякі — більш ефективні, ніж інші.

Рис і пшениця мають менш ефективний його тип C3 і майже досягли максимальної врожайності, яку вони можуть дати, незважаючи на селекцію багатьох тисяч різних сортів.

Кукурудза та цукрова тростина належать до групи рослин із фотосинтезом типу C4, і, як високотехнологічний конвеєр, їх листя використовує сонячне світло, вуглекислий газ та воду набагато швидше і набагато ефективніше для виробництва цукрів та інших складних сполук, які необхідні рослинам для росту.

Пшениця

Всередині листка рослини типу C4 є система, яка ефективно захоплює і переробляє вуглекислий газ.

Консорціум хоче відтворити цей же процес у рисі. Але це означає перепроектування внутрішніх частин рисового листка — фактично перетворення рису в рослину C4 типу.

Нічого подібного в таких масштабах не робилось раніше. Це неймовірно амбітний проект, який передбачає реплікацію біохімії та внутрішньої будови рослинного листка C4. Чи можна це зробити?

Команді C4 Rice Project вже майже це вдалося.

Рослини рису в ANU, в будівлі Науково-дослідної школи біології, вже мають гени, введені для завершення біохімічної частини експерименту.

«Ці рослини не дають кращого урожаю, ніж звичайні, тому, що нам ще не вдалося поєднати біохімію з анатомією та структурою листя», — сказав професор Роберт Фурбанк.

Професор керує Центром Австралійських досліджень для трансляційного фотосинтезу в Школі біології.

«Але вони вже мають всі ферменти, для досягнення рівня родючості кукурудзи, за умови, що ми зможемо поєднати поточні результати з відповідною анатомією», — доповнює він.

Ще один старший член консорціуму, доктор Джейн Ленгдейл та її команда в Оксфордському університеті, працюють над пошуком генів, що беруть участь у створені внутрішньої структури листка, який функціонує у рослин С4. Цей процес включав у себе тестування близько 30 тис. генів, щоб побачити, які з них є регуляторами переходу від фотосинтезу C3 до C4.

Дослідники вважають, що може бути до 20 генів, залучених до створення структур, необхідних для функціонування листків на рівні рослин C4.

Поле рису

Ще не зрозуміло, як багато часу знадобиться щоб додати ці гени до прототипу. Знадобилось шість років, щоб додати п'ять генів, що регулюють біохімію C4, використовуючи традиційний кросбридинг (схрещування — прим. ред.).

Але через швидкий розвиток генетики тепер можна ввести до 10 генів безпосередньо в рослину, а потім подивитися, як ця рослина розвивається, пояснив професор Роберт Фурбанк.

«І якщо нам потрібно щось змінити, це всього лише шестимісячний процес. Якщо один із цих генів не робить того, що ми сподіваємося, ми можемо його змінити та зробити іншу трансформацію дуже швидко і отримати результат», — доповнює він.

Цей процес, який називається синтетичною біологією, значно прискорить виведення необхідного виду рису. Проте пройде ще кілька років, перш ніж дослідники консорціуму C4 знатимуть, чи зможуть вони досягти успіху.

«Проект C4 Rice Project — це як місія по польоту людини на Місяць», — сказав професор Роберт Фурбанк.

Але він оптимістично впевнений, що команда досягне успіху протягом наступного десятиліття.

Рослини рису

«Еволюція вже багато разів створювала фотосинтез C4, тому ми знаємо, що це можливо», — запевняє він.

Тим часом професор Роберт Фурбанк та інші вчені також працюють над іншими інструментами, які можуть допомогти сільськогосподарським культурам пристосуватися до більш жорсткого та екстремального середовища.

Вчені вивчають способи введення генів з інших організмів, які збільшують кількість світла, що рослина поглинає під час фотосинтезу, роблячи його більш ефективним. Наприклад, деякі синьо-зелені водорості можуть поглинати світло у більш широкому спектрі, і команда професора Роберта Фурбанка вводить ці гени в експериментальні рослини.

Інший варіант полягає в тому, щоб використовувати гени з водоростей, які мають спеціальні структури, що закачують вуглекислий газ у свої клітини, та переносити ці гени у рослини для підвищення ефективності використання вуглекислого газу.

Тим часом колега професора Роберта Фурбанка в Школі біології ANU, доктор Роб Шарвуд, проводить скринінг сортів бавовнику у пошуках стійкості до високих температур. Він вивчає рослину агави, яка пристосована до життя при температурі 50оС в пустелі, і вставляє гени агави у пшеницю та бавовник, щоб вони краще витримували високі температури.

Професор Роберт Фурбанк оглядає прототипи рослин рису в Центрі Австралійських досліджень для трансляційного фотосинтезу

Інший спосіб полягає в налаштуванні наявних генів у культурах та використанні високошвидкісних інструментів для отримання рослин з кращими фотосинтетичними характеристиками. Останнє є частиною того, що професор Фурбанк називає «Олімпіадою рослин», в якій технології цифрової обробки зображень дозволяють швидко вимірювати характеристики рослин та їх продуктивність у поєднанні з штучним інтелектом для пошуку найкращого варіанту.

Проте, професор зазначив про необхідність суттєвого покращення.

 «Я вважаю, що ви дійсно повинні почати шукати гени деінде або модифікувати гени, які знаходяться в рисі, щоб зробити їх більш схожими на інші види, що можуть вижити при температурі 50оС або що є набагато більш родючими», — зазначив він.

Однак, остаточним тестом для будь-яких супер культур, особливо рису C4, буде смак і поживність.

«Він все одно повинен виглядати, як рис, рости, як рис і давати зерно, яке є поживним і подібним до того з чим люди вже знайомі», — сказав професор Роберт Фурбанк.

І ця рослина повинна бути в змозі давати хороший урожай у майбутніх кліматичних умовах.

«Нам треба використовувати всі наявні підхди, тому що інакше ми не зможемо досягти бажаного результату достатньо швидко», — додає він.

David Fogarty Assistant Foreign Editor In Canberra.

За матеріалами сайту straitstimes.com, Kurkul.com, 2018 р.

Дізнавайтесь першими найсвіжіші фермерські новини України на нашій сторінці в Facebook, на каналі Telegram, а також підписуйтесь на Куркульський вісник.

Выполнено с помощью Disqus