Undersøgelse rapporterer gennembrud for at måle planteforbedringer for at hjælpe landmænd med at øge produktionen

Et internationalt team bruger avancerede værktøjer til at udvikle afgrøder, der giver landmænd flere muligheder for bæredygtigt at producere mere mad på mindre jord. At gøre dette, tusinder af planteprototyper skal analyseres omhyggeligt for at finde ud af, hvilke genetiske tweaks der fungerer bedst. I dag, i et særnummer af tidsskriftet Fjernfølelse af miljø , forskere har vist, at en ny teknologi hurtigere kan scanne et helt felt af planter for at fange forbedringer i deres naturlige kapacitet til at høste energi fra solen.

"Denne metode giver os mulighed for at måle forbedringer, vi har konstrueret i et anlægs fotosyntesemaskineri på cirka ti sekunder, sammenlignet med den traditionelle metode, der tager 30 minutter, "Katherine Meacham-Hensold, en postdoktor ved University of Illinois, der ledede dette arbejde for et forskningsprojekt kaldet Realisering af øget fotosyntetisk effektivitet (RIPE). "Det er et stort fremskridt, fordi det giver vores team mulighed for at analysere en enorm mængde genetisk materiale for effektivt at lokalisere træk, der i høj grad kan forbedre afgrødeydelsen."

MODEN, som ledes af Illinois, er ingeniørafgrøder mere produktive ved at forbedre fotosyntesen, den naturlige proces, alle planter bruger til at omdanne sollys til energi og udbytte. RIPE understøttes af Bill &Melinda Gates Foundation, U.S. Foundation for Food and Agriculture Research (FFAR), og den britiske regerings afdeling for international udvikling (DFID).

Den traditionelle metode til vurdering af fotosyntese analyserer udveksling af gasser gennem bladet; det giver en enorm mængde information, men det tager 30 minutter at måle hvert blad. En hurtigere, eller "højere gennemløb" -metode, kaldet spektralanalyse, analyserer det lys, der reflekteres tilbage fra blade for at forudsige fotosyntetisk kapacitet på så lidt som 10 sekunder.

"Spørgsmålet, vi satte os for at besvare, er:kan vi anvende spektrale teknikker til at forudsige fotosyntetisk kapacitet, når vi har genetisk ændret det fotosyntetiske maskineri, "sagde RIPE -forskningsleder Carl Bernacchi, en videnskabsmand ved det amerikanske landbrugsministerium, Landbrugsforskningstjeneste, der er baseret på Illinois 'Carl R. Woese Institute for Genomic Biology. "Inden denne undersøgelse, vi vidste ikke, om ændring af plantens fotosyntetiske veje ville ændre det signal, der detekteres ved spektrale målinger. "

Selvom de kan bevise, kan denne metode bruges til at screene afgrøder, der er konstrueret til at forbedre fotosyntesen, forskere har ikke afdækket, hvilke spektralanalyser, der præcist måler. "Spektralanalyse kræver specialbyggede modeller til at oversætte spektrale data til målinger af fotosyntetisk kapacitet, der skal genskabes hvert år, "Meacham sagde." Vores næste udfordring er at finde ud af, hvad vi måler, så vi kan bygge forudsigelsesmodeller, der kan bruges år efter år til at sammenligne resultater over tid. "

"Selvom der stadig er forhindringer forude, spektralanalyse er en spilskiftende teknik, der kan bruges til at vurdere en række fotosyntetiske forbedringer for at udpege de ændringer, der sandsynligvis vil væsentligt, og bæredygtigt, øge afgrødeudbyttet, "sagde medlem af RIPE -forretningsudvalget Christine Raines, professor i plantemolekylær fysiologi ved University of Essex, hvis konstruerede afgrøder blev analyseret med teknikken. "Disse værktøjer kan hjælpe os med at fremskynde vores bestræbelser på at udvikle højtydende afgrøder til landmænd, der arbejder med at fodre verden."