Английские ученые разработали новый биостимулятор на основе сигнальной молекулы сахара, который повышает урожайность пшеницы до 12% даже в условиях засухи, что может глобально изменить подход к ведению сельского хозяйства. Технология, не требующая генной модификации или дополнительного внесения удобрений, успешно прошла четырехлетние испытания в разных климатических зонах, продемонстрировав стабильный рост урожая. Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.
Являясь неотъемлемой частью ежедневного рациона значительной части населения мира, пшеница обеспечивает примерно 20% калорий и белка. Однако ее производство сталкивается с серьезными вызовами: изменением климата, ограниченными возможностями селекции и зависимостью от удобрений. Ежегодный прирост урожайности благодаря традиционным методам селекции составляет всего 0,6%, а внесение удобрений хоть и повышает урожай, но также и увеличивает выбросы парниковых газов и загрязняет водоемы. Ученые десятилетиями искали способы усилить естественные метаболические процессы растений. В новом исследовании авторы сосредоточили внимание на молекуле трегалозы-6-фосфата (T6P), которая регулирует синтез крахмала, за что ее иногда образно называют аналогом сахара в крови для растения. Однако T6P нельзя вносить в растение напрямую: этот углевод не проникает через клеточные мембраны и быстро разрушается. Решить проблему можно было бы, создав молекулу-предшественник DMNB-T6P — стабильное соединение, которое активируется солнечным светом уже внутри клетки.
Ученые синтезировали DMNB-T6P в промышленных масштабах, разработав новый метод кристаллизации, позволяющий получать десятки килограммов вещества. Препарат распыляли на три элитных сорта пшеницы в оптимальных и засушливых условиях в Аргентине и Мексике. Микродозы применяли в критическую фазу налива зерна (ключевой период развития злаковых культур, во время которого формируется и заполняется зерно), когда урожайность ограничена как низкой интенсивностью фотосинтеза, так и медленным синтезом крахмала в зернах. Анализ показал, что DMNB-T6P усиливает оба процесса: в листьях повышалась фиксация CO2 и активность фотосистем, а в зернах — объем эндосперма, развитие проводящих тканей и экспрессия генов, ответственных за синтез крахмала, аминокислот и белков.
За четыре года испытаний урожайность выросла на 12% для отдельных сортов, что во много раз превышает средние показатели селекции. При этом эффект не зависел от количества осадков — даже в засушливые годы растения демонстрировали стабильный прирост. Удивительно, но обработка DMNB-T6P не только увеличила массу зерна, но и улучшила его качество: активация синтеза белков компенсировала эффект «разбавления» белка, которое характерно для высокоурожайных сортов.
Открытие позволит фермерам использовать спрей вместо многолетней селекции или ГМО, адаптируя дозировку под конкретные условия. Технология уже тестируется на других злаковых культурах, а ее массовое внедрение в сельское хозяйство обещает снизить стоимость применения. Дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию сроков обработки для разных культур и регионов, а также детальное исследование долгосрочного влияния на состояние почвы и биоразнообразие. «Эта работа представляет собой отличный пример того, как прямое избирательное воздействие на ключевые молекулярные структуры внутри живой системы, а не генетика или редактирование генов меняет правила игры, — заявил Бен Дэвис из Института Розалинд Франклин. — Было очень вдохновляюще вместе разрабатывать и открывать этот новый класс “лекарств” для растений».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
