Ожидается, что в 2050 году население планеты достигнет 9,7 миллиарда человек - но как мы будем кормить всех этих людей? Примерно треть пахотных земель в мире страдает от недостатка доступного железа, что делает его непригодным для выращивания таких культур, как кукуруза и соя. Исследовательская группа из Стэнфордского университета во главе с доцентом химического машиностроения Элизабет Сэттли обнаружила генетическую адаптацию, которая позволяет одному выносливому растению процветать на этих краевых почвах. Команда разрабатывает генно-инженерные растения, которые могут лучше поглощать железо из почвы. Упрощая потребление микроэлемента, можно открыть примерно одну треть пахотных земель в мире, которые не пригодны для выращивания таких основных продуктов питания, как кукуруза и соя.
Выращивание сельскохозяйственных культур - это гораздо больше, чем вода, солнечный свет и правильный климат. Это также требует, чтобы растения получали правильные питательные вещества для роста и созревания. Проблема заключается в том, что питательные вещества должны присутствовать не просто в почве, но и в форме, которую могут использовать растения.
Например, может быть много железа в почвах в засушливых регионах, таких как западная часть Соединенных Штатов, но эти почвы часто сильно щелочные, уплотняя железо в то, что команда Стэнфорда называет «химическим замком». Однако некоторые растения, такие как Резуховидка (резушка) Таля (лат. Arabidopsis thaliana), родственник капусты и горчицы, могут поглощать железо из почвы благодаря способности его корней выделять кумарин - простую ароматическую органическую молекулу, которая разрывает химический замок и освобождает железо.
Ключом к этому являются колонии бактерий, называемые микробиомами, которые живут вокруг корней и вырабатывают кумарин способом, аналогичным тому, как колонии бактерий в кишечнике человека способствуют пищеварению. Команда также обнаружила, что выделение молекул кумарина может также помочь растениям, удаляя определенные бактерии, оставляя железо, которое те иначе употребили бы, доступным для растения.
Чтобы лучше понять этот механизм, команда Стэнфорда гидропонически выращивала растения Резуховидка в воде с химическим и минеральным содержанием, сходным с содержанием щелочных почв. К этому добавляли различные штаммы бактерий и измеряли, насколько хорошо росли растения.
Надежда состоит в том, что метод гидропоники поможет исследователям получить полное представление об адаптации кумарина, чтобы растения, такие как пшеница, кукуруза, соевые бобы и другие культуры, можно было выращивать на щелочных почвах. Это может быть сделано либо путем прямой биоинженерии, либо путем внесения естественных генетических признаков от одного организма к другому.
«Возможно, мы сможем взять признаки, разработанные в результате естественного отбора, и переместить их туда, где они нам нужны», - говорит Элизабет Сэттли. «Мы предполагаем, что это новый тип науки об экологически чистых культурах».
В будущем команда могла бы также рассмотреть возможность воздействия на растения различных гидропонных псевдопочвенных сред, чтобы увидеть, смогут ли они приспособить свои микробиомы к другим недостаткам, таким как почвы, в которых отсутствует азот.
Исследование было опубликовано в журнале PNAS.
Источник: New Atlas / Stanford University
