Разработан новый способ для растений повысить поглощение CO2 для фотосинтеза при одновременном снижении потребления воды

Используя новый метод, ученые заставили растения расти, развиваться и впитывать углекислый газ для фотосинтеза, используя при этом значительно меньше воды. Этот способ может быть использован для повышения урожайности, особенно в условиях ограниченности пресной воды.

Команда ученых разработала новый, надежный способ того, как растения могут повысить поглощение углекислого газа (CO2) для фотосинтеза, одновременно потребляя значительно меньше воды. Исследователи использовали новый синтетический светоактивированный ионный канал, созданный из белков растений и водорослей, для ускорения открытия и закрытия устьиц — пор в листьях растений, через которые углекислый газ поступает для фотосинтеза. Работа была проделана командой ученых из Университета Глазго и опубликована в журнале Science.

Известно, что растения теряют основное количество воды именно через устьицы. Предыдущие попытки сократить потребление воды путем манипулирования этими порами обычно приводили к затратам на поглощение CO2. Эту проблему и удалось решить специалистам из Глазго: их растения показали лучший рост, сохранив при этом значительное количество влаги. Модифицированные растения ученых росли обычным, а в чем-то даже и существенно лучшим образом в условиях освещения, типичных для полей, удерживая больше CO2 и теряя меньше воды.

На орошение сельскохозяйственных культур приходится примерно 70% потребления пресной воды на планете, и за последние три десятилетия ситуация с пресной водой вызывает все больше опасений. Ввиду этого, ученые пытаются найти способ заставить растения расти так же, но потребляя меньшее количество воды. До сегодня большая часть исследований позволила сократить потребление воды, однако параллельно снижалось и поглощение CO2, замедлялся и рост самих растений.

Сравнение обычного растения (слева) и растения, на котором ученые применили свой способ, называется BLINK (справа) / © University of Glasgow

Новое исследование предлагает совершенно иной подход, с помощью которого можно ускорить рост растения без ущерба для его эффективности. Специалисты изучали резуховидку (Arabidopsis) — члена семейства капустных. Используя активированный светом ионный канал, называемый BLINK, ученым удалось ускорить и лучше синхронизировать реакцию устьиц растения при выращивании в условиях флуктуирующего света (условий, типичных для естественной среды: например, когда небо застлано облаками или растение затеняется соседними растениями). Модифицированные растения продемонстрировали улучшенный рост, сохраняя при этом значительное количество воды.

По словам исследователей, результаты их работы демонстрируют возможность повышения эффективности использования воды растениями при одновременном повышении эффективности фотосинтетической ассимиляции CO2 и роста растений. Альтернативный подход, используемый в нейробиологии и продемонстрированный учеными, может быть использован для повышения урожайности, особенно в условиях ограниченности водных ресурсов.

«В своем методе мы использовали генетический инструмент, который действует в роли переключателя, позволяющего устьицам лучше синхронизироваться с условиями освещения и, следовательно, повышать производительность растений в тех условиях, что часто встречаются в сельском хозяйстве», — подчеркивают исследователи.