Группа исследователей из Университета Иллинойса сделала первый успешный шаг к решению проблемы «фотодыхания» у пищевых растительных культур. Явление, которое считается ошибкой эволюции, удалось частично победить при помощи генной инженерии. В перспективе это сулит увеличение урожайности риса, пшеницы и сои на 40%, а угроза мирового голода отодвинется на десятилетия.
О проблеме фотодыхания ученые узнали еще столетие назад, при углубленном изучении фотосинтеза. Процесс это крайне сложный, с множеством химический реакций, а на самом ключевом этапе в дело вступает фермент рибулозо-1,5-бисфосфат-карбоксилазо-оксигеназа (РуБисКо). Его обязанность заключается в интеграции молекулы углекислого газа в соединение рибулозо-1,5-бисфосфат, однако из-за оксигеназной активности фермент примерно в 20 % случае путает ее с молекулой кислорода.
В таких случаях в фотосинтезе происходит локальный сбой, ошибка. Во-первых, вместо поглощения углекислого газа с выделением кислорода происходит прямо противоположное. Во-вторых, образуются токсичные аммиак и гликолят, и растение вынуждено запускать процессы по выводу этих веществ, а на это тратится накопленная ранее энергия. С точки зрения экономического применения, это недопустимая потеря времени и ресурсов, но для эволюции и 80 % успеха — очень хороший показатель.
Ученые из Университета Иллинойса провели 17 крупных исследований с попытками модифицировать генотипы сельскохозяйственных культур при помощи фрагментов генов от разных видов земной жизни, которая использует фотосинтез. Наилучшие показатели достигнуты с генами бактерий E.coli и зеленых водорослей – метаболизм у подопытных ГМО-растений улучшился на 40 % и более. В перспективе это сулит эквивалентный прирост урожайности, а с ним и многократное увеличение запасов еды для землян при сохранении тех же размеров полей и затрат на их обработку, что есть сегодня.
