Gotowość na zmiany klimatu: odmiany roślin
Zespół z Uniwersytetu Illinois opracował genetycznie zmodyfikowanego ziemniaka, który jest bardziej odporny na globalne ocieplenie, wykazując 30% wzrost masy bulw w warunkach fal upałów. Ta adaptacja może zwiększyć bezpieczeństwo żywnościowe rodzin zależnych od upraw ziemniaków, szczególnie w regionach, gdzie zmieniający się klimat już wpłynął na kilka sezonów rolniczych.
Zdjęcie: shaunl Getty Images
„Musimy uprawiać rośliny, które wytrzymają częstsze i intensywniejsze fale upałów, jeśli chcemy sprostać zapotrzebowaniu na żywność w regionach najbardziej zagrożonych zmniejszeniem plonów z powodu globalnego ocieplenia” – powiedziała Katherine Meacham-Hensold, kierowniczka projektu naukowego Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) w Illinois. „30% wzrost masy bulw zaobserwowany w naszych badaniach terenowych pokazuje potencjał ulepszania fotosyntezy w celu stworzenia roślin odpornych na zmiany klimatyczne”.
Meacham-Hensold kierowała tym projektem w ramach RIPE, międzynarodowego programu badawczego, który ma na celu zwiększenie dostępu do żywności na całym świecie poprzez rozwój upraw bardziej efektywnie wykorzystujących energię słoneczną do produkcji żywności. RIPE było wspierane w latach 2017-2023 przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, Fundację Badań nad Żywnością i Rolnictwem oraz Biuro Spraw Zagranicznych, Wspólnoty i Rozwoju Wielkiej Brytanii, a obecnie finansowane jest przez Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One).
Wyzwanie
Fotorespiracja to proces fotosyntetyczny, który może obniżać plony soi, ryżu i warzyw nawet o 40%. Dochodzi do niej, gdy enzym Rubisco reaguje z cząsteczką tlenu zamiast z CO₂, co zdarza się w około 25% przypadków w idealnych warunkach, ale częściej przy wysokich temperaturach. Rośliny muszą wtedy zużywać dużo energii na metabolizowanie toksycznego produktu ubocznego fotorespiracji (glikolan). Energia ta mogłaby zostać wykorzystana do wzrostu.
„Fotorespiracja to ogromny koszt energetyczny dla rośliny” – wyjaśnia Meacham-Hensold. „Odbiera energię potrzebną do produkcji żywności, ponieważ jest ona skierowana na metabolizowanie toksyn. Naszym celem było zmniejszenie strat energii poprzez ominięcie oryginalnej ścieżki fotorespiracyjnej rośliny”.
Poprzedni członkowie zespołu RIPE wykazali, że dodanie dwóch nowych genów – dehydrogenazy glikolanowej i syntazy jabłczanowej – do ścieżek metabolicznych modelowych roślin poprawia efektywność fotosyntezy. Nowa genetyka umożliwiła metabolizowanie toksycznego glikolanu w chloroplastach, czyli strukturach odpowiedzialnych za fotosyntezę, zamiast przemieszczać go do innych części komórki.
Rozwiązanie
Te oszczędności energetyczne przełożyły się na wzrost masy modelowych roślin, co zespół miał nadzieję zobaczyć także w uprawach żywnościowych. Wyniki pokazały nie tylko różnicę, ale także trzykrotnie większe korzyści w warunkach fal upałów, które stają się coraz częstsze i intensywniejsze w wyniku globalnego ocieplenia.
Trzy tygodnie po rozpoczęciu sezonu polowego w 2022 roku, gdy ziemniaki były jeszcze we wczesnej fazie wzrostu wegetatywnego, fala upałów utrzymała temperatury powyżej 35°C przez cztery dni z rzędu, dwukrotnie przekraczając 38°C. Po krótkim ochłodzeniu temperatury ponownie zbliżyły się do 38°C.
Zamiast więdnąć w upale, zmodyfikowane ziemniaki wyprodukowały 30% więcej bulw niż ziemniaki z grupy kontrolnej, w pełni wykorzystując swoją zwiększoną tolerancję termiczną i efektywność fotosyntetyczną.
„Kolejnym ważnym elementem tego badania było wykazanie, że nasze genetyczne modyfikacje fotosyntezy, które przyniosły te wzrosty plonów, nie miały wpływu na wartość odżywczą ziemniaków” – powiedział Don Ort, profesor biologii roślin i nauk o uprawach oraz zastępca dyrektora projektu RIPE. „Bezpieczeństwo żywnościowe to nie tylko liczba kalorii, które możemy wyprodukować, ale także jakość tej żywności”.
Przeprowadzenie badań terenowych w wielu lokalizacjach będzie konieczne, aby potwierdzić wyniki zespołu w różnych warunkach środowiskowych. Obiecujące wyniki dla ziemniaków mogą jednak oznaczać, że podobne efekty uda się osiągnąć także w przypadku innych roślin bulwiastych, takich jak maniok, który jest podstawowym pożywieniem w krajach Afryki Subsaharyjskiej, przewidywanych jako jedne z najbardziej dotkniętych przez rosnące temperatury.
Dział: Ciekawostki
Autor:
Carl R. | Tłumaczenie: Zuzanna Staska - praktykantka fundacji: https://fundacjaglosmlodych.org/praktyki/
Źródło:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241204114307.htm