Сегодня, когда мировые лидеры собираются на Генеральной Ассамблее ООН, сотни новых лидеров, занимающихся борьбой с глобальным неравенством, собрались на третье ежегодное мероприятие Фонда Билла и Мелинды Гейтс для вратарей в Нью-Йорке. Среди них ученый из Университета Иллинойса Аманда Де Соуза выделила культуру неравенства, называемую маниокой, которая имеет крахмалистые клубневидные корни, обеспечивающие питание более 500 миллионов человек в Африке к югу от Сахары, однако исследования и разработки в значительной степени игнорировали маниоку по сравнению с маниокой. основные культуры более богатых регионов. Недавно Де Соуза и его команда из организации «Реализуя повышенную эффективность фотосинтеза» (RIPE) опубликовали исследование в New Phytologist, в котором были выявлены возможности повышения урожайности маниоки, которая в Африке не увеличивалась более пятидесяти лет..
«Для мелких фермеров, которые зависят от крошечных участков земли, чтобы прокормить и поддержать свои семьи, маниока является «резервной» культурой, когда другие культуры не урожаи», - сказала Де Соуза в Goalkeepers, где она описала свою работу по улучшению маниоки. через проект RIPE. «Особенно для женщин, которые составляют большинство мелких фермеров, маниока является сберегательным счетом. Это ресурс, который они могут собирать круглый год, чтобы оплачивать такие вещи, как лечение и обучение своих детей в школе».
Проект RIPE - это международная попытка вывести более продуктивные культуры за счет улучшения фотосинтеза - естественного процесса, работающего на солнечном свете, который все растения используют для связывания углекислого газа в углеводы, которые стимулируют рост, развитие и, в конечном итоге, урожайность. RIPE поддерживается Фондом Гейтса, Американским фондом исследований в области продовольствия и сельского хозяйства (FFAR) и Министерством международного развития правительства Великобритании (DFID).
В этом исследовании, проведенном исследователями RIPE из Иллинойского и Ланкастерского университетов, изучались факторы, ограничивающие фотосинтез у 11 популярных или предпочитаемых фермерами африканских сортов маниоки, с целью помочь маниоке преодолеть ограничения фотосинтеза и повысить урожайность.
Во-первых, команда изучила фотосинтетические ограничения маниоки, подверженной постоянному высокому уровню света, как растение в полдень при безоблачном небе. В этих условиях, как и у многих культур, фотосинтез маниоки ограничен (до 80 процентов) двумя факторами: одна половина связана с низкой скоростью, с которой молекулы углекислого газа проходят через лист, чтобы достичь фермента, управляющего фотосинтезом, называемого Рубиско. Другая половина связана с тем, что Rubisco иногда по ошибке фиксирует молекулы кислорода, тратя впустую большое количество энергии растения.
Затем команда оценила ограничения фотосинтеза в условиях меняющегося освещения. Удивительно, но в отличие от большинства культур, Rubisco не был основным ограничивающим фактором, когда листья переходили из тени в солнечный свет, например, когда солнце выходит из-за облака. Вместо этого маниока ограничена устьицами, которые представляют собой микроскопические поры на поверхности листьев, которые открываются, чтобы позволить углекислому газу проникнуть в растение, но за счет воды, которая выходит через эти же самые поры. Устьица частично закрыты в тени и открыты на свет, когда Rubisco активен.
«Рубиско является основным ограничивающим фактором при переходе от тени к свету для большинства растений, включая рис, пшеницу и сою», - сказал Де Соуза. «Маниока - это первая культура, которую мы обнаружили, устьица которой ограничивают фотосинтез во время этих световых переходов больше, чем Rubisco».
Постдокторский исследователь из Иллинойса Ю Ван создал компьютерную модель для количественной оценки того, сколько маниоки выиграет, преодолев это ограничение. Согласно модели на уровне листьев, если бы устьица могли открываться в три раза быстрее, маниока могла бы фиксировать на 6 процентов больше углекислого газа каждый день. Кроме того, эффективность использования воды маниокой - отношение произведенной биомассы к воде, теряемой растением, - может быть улучшена на 16 процентов.
Кроме того, команда обнаружила, что маниоке требуется целых 20 минут, чтобы перейти из тени в полный свет и достичь максимальной скорости фотосинтеза, что довольно медленно по сравнению с другими культурами, такими как рис, который может переходить всего за несколько минут. Тем не менее, самый быстрый сорт маниоки может переходить почти в три раза быстрее и превращать в углеводы на 65% больше углекислого газа, чем самый медленный сорт. Сокращение этого пробела - еще одна возможность повысить продуктивность маниоки.
«Растения постоянно перемещаются из тени в свет по мере того, как меняются листья и облака проплывают над головой», - сказал директор RIPE Стивен Лонг, заведующий кафедрой растениеводства и биологии растений Ikenberry Endowed University в Иллинойсе, Карл Р. Woese Институт геномной биологии, который внес свой вклад в это исследование. «Мы надеемся, что различия, которые мы обнаружили во время этих световых переходов между сортами маниоки, могут быть использованы для выявления новых признаков и, следовательно, возможностей для нас улучшить фотосинтетическую эффективность маниоки и потенциал урожайности».