По мере увеличения количества риса, необходимого для прокормления мирового населения, последствия сокращения урожая, вызванного засухой, становятся все более серьезными. Ученые RIKEN и их сотрудники решили эту проблему, разработав трансгенные сорта риса, более устойчивые к засухе.Обычно растения адаптируются к стрессу, вызванному засухой, производя осмопротекторы — молекулы, такие как растворимые сахара, которые помогают предотвратить выход воды из клеток.
Галактинолсинтаза (GolS) — это фермент, необходимый для производства одного из этих важных сахаров, называемого галактинолом. В предыдущей работе ученые RIKEN показали, что растения арабидопсиса экспрессируют ген AtGolS2 в ответ на засуху и засоленный стресс.
«Ген арабидопсиса GolS2 был впервые идентифицирован в ходе фундаментальных исследований в RIKEN», — объясняет ученый RIKEN Фуминори Такахаши. «Используя его, мы смогли повысить устойчивость к стрессу, связанному с засухой, и повысили урожайность зерна риса в условиях засушливого поля. Это один из лучших модельных примеров, в котором фундаментальные исследовательские знания были успешно применены для исследования разрешения проблема, связанная с питанием ".Для этого исследования они создали несколько линий трансгенного бразильского и африканского риса, которые сверхэкспрессируют этот ген, и вместе со своими сотрудниками из CIAT и JIRCAS проверили, насколько хорошо рис рос в разных условиях в разные годы.Результаты были многообещающими.
Во-первых, они выращивали разные линии риса в тепличных условиях и показали, что модифицированный бразильский и африканский рис действительно показал более высокие уровни галактинола, чем немодифицированный контрольный рис. Затем они проверили устойчивость к засухе в период роста рассады, потому что этот период часто совпадает с сезонной засухой. Чтобы точно контролировать эту часть эксперимента, он проводился в укрытии от дождя, что позволило им искусственно создать условия, похожие на засуху.
Через три недели модифицированные сорта стали выше и показали меньшее скручивание листьев, что является обычной реакцией на стресс, вызванный засухой.Затем засухоустойчивость была подтверждена на репродуктивной стадии в трех полевых испытаниях дождя в Колумбии. Эти испытания проводились в разное время года и в разных местах.
Тем не менее, трансгенные линии обоих видов риса показали более высокую урожайность, большую биомассу, меньшее скручивание листьев и большую плодовитость, чем у немодифицированного риса. Более тщательное изучение показало, что пять из наиболее многообещающих штаммов имели большее относительное содержание воды в условиях засухи, а также использовали больше света для фотосинтеза и содержали больше хлорофилла.Наконец, они протестировали трансгенный рис в течение трехлетнего периода в различных природных средах. Опять же, несколько трансгенных штаммов показали более высокую урожайность зерна при умеренной и сильной естественной засухе.
Когда мы сможем увидеть этот полезный рис на рынке? По словам Такахаши, самым большим препятствием для коммерческой доступности является то, что они использовали генетически модифицированную (ГМ) технологию для создания трансгенного риса GolS2. «Теперь мы начали наш следующий совместный проект, в котором мы будем производить полезный рис без ГМО-технологий. Для достижения нашей цели может потребоваться 5-10 лет, но мы должны продолжать двигаться вперед, потому что засухи и изменение климата могут усугубиться в будущее."