Et skridt tættere på afgrøder med dobbelt udbytte

Forskere fra Wageningen University &Research har fundet naturlig genetisk variation for fotosyntese i planter og opklarer det til DNA -niveau. Som et resultat heraf bør det være muligt at avle afgrøder, der anvender fotosyntese mere effektivt i fremtiden, øge deres udbytte og sætte dem i stand til at fange mere CO2 fra luften i jorden. Dette er et stort skridt på den lange vej til at løse globale fødevareudfordringer og realisere Paris -klimaaftalen.

Anført af Mark Aarts og Jeremy Harbinson, et team af forskere har vist, at thale karse (en fælles modelplante) har forskellige gener involveret i tilpasningen til ændringer i mængden af ​​lys, som planter udsættes for. Deres undersøgelse er offentliggjort i en artikel i Naturkommunikation .

Et gen er allerede undersøgt i detaljer. Kendt som Yellow Seedling 1 -genet, det er involveret i kloroplasters tilpasning til lysændringer. På grund af en variation i dette gen, nogle thale karseplanter kan klare en stigning i lyset (forskellen mellem en overskyet og en solrig dag, for eksempel) bedre end andre. Det er første gang, at denne variation er fundet i thale karse, men da generne til fotosyntese forekommer i næsten alle plantearter, forskerne forventer, at en lignende variation også kan findes i mange andre afgrøder.

Opdagelsen viser, at det er muligt at forbedre fotosyntesen baseret på naturlig genetisk variation, noget der var i tvivl indtil nu. På lang sigt, avl på forbedret fotosyntese kunne få afgrøder til at producere mere udbytte med den samme mængde jord, vand og næringsstoffer. Dette bringer begrebet 'mere' (udbytte) 'med mindre' (jord, vand og næringsstoffer) et skridt nærmere.

Nogle planter tilpasser deres fotosyntesesystem

Planter har brug for lys for at omdanne CO2 og vand til sukker og ilt. Sukkerarterne danner grundlag og energikilde for alle de stoffer, som en plante producerer for at vokse. Vi har i nogen tid vidst, at planter kan reagere forskelligt på lys, som det fremgår af effektiviteten af ​​deres fotosyntese. Forfædrene til de afgrøder, vi spiser til daglig, havde brug for denne variation for bedst muligt at udnytte de steder, hvor de voksede. Det gav dem mulighed for at udvikle sig både i fuld sollys og i skyggen af ​​andre planter.

Selvom fotosyntese er en vigtig proces for planter, det kommer i fare og kræver et højt kontrolniveau for at styre energistrømme. Hvis en plante pludselig udsættes for for meget lys, den skal tilpasse sig den nye situation. Planter beskytter generelt sig selv mod overdreven fotosyntese ved at opretholde forskellige sikkerhedsmargener, hvilket betyder, at tilpasningen tager flere dage. Undersøgelsen fra Wageningen -forskerne viser nu, at nogle planter kan tilpasse sig hurtigere end andre, og er således i stand til hurtigere at tilpasse deres fotosyntesesystem til deres miljø.

Udvælgelse af fotosyntese i avl

I dag, vi avler afgrøder i et miljø, der er langt lettere at kontrollere end de oprindelige naturforhold. For eksempel, planter får nu tilstrækkelige næringsstoffer og vand, tilpasset til maksimal vækst. På grund af den hurtige udvikling inden for landbruget i det sidste århundrede, planter har endnu ikke været i stand til at tilpasse sig disse nye forhold. Man kan sige, at de stadig er forsigtige og reagerer relativt langsomt på pludselige ændringer som for meget lys. Planter, der hurtigere kan tilpasse sig skiftende lysforhold, vil kunne bruge det tilgængelige vand og næringsstoffer mere effektivt, til sidst et højere udbytte.

Så hvorfor er der så lidt udvalg på mere effektiv fotosyntese i avl? Man troede længe, ​​at fotosyntesen naturligt var optimeret, og at der var lidt at hente i avl. I øvrigt, det er meget vanskeligt at måle det genetiske bidrag til variationen af ​​fotosyntese af planter i marken, gør det svært at vælge fotosyntese uden forudgående viden. Da fotosyntesen er så følsom over for vejrforhold, variationer i marken - selv mellem genetisk identiske planter - er ofte betydelige.

"Vi udførte vores eksperimenter under tæt kontrollerede forhold, giver os mulighed for at holde variationen i miljøfaktorerne på et minimum, "siger Aarts." Vi målte derefter fotosyntesen af ​​alle planter i forsøget på forskellige tidspunkter af dagen og via en identisk metode, og anvendte kun en enkelt stressfaktor:en engangsforøgelse i mængden af ​​lys. Dette tillod os at præcist bestemme det genetiske bidrag til, hvordan planter tilpassede sig den nye stressende situation. Vi brugte en af ​​de gener, vi fandt, til at studere variationen i DNA -sekvens mellem de forskellige planter i detaljer. "

Nye afgrøde sorter

Resultaterne giver avlsvirksomheder nye muligheder. Vi ved nu, at planter reagerer på lys variation på deres egen måde, og at dette bestemmes i deres DNA. Vi ved endnu ikke, hvordan disse tilpasninger fungerer i anlægget, imidlertid, og mere forskning er påkrævet for at finde ud af, hvordan forbedret fotosyntese påvirker plantens vækst, før vi kan fokusere på valg til denne ejendom.