Редактирование генома риса может остановить азотное загрязнение

Рис, пшеница и другие зерновые культуры, характеризующиеся высокой урожайностью при ограниченности пахотных земель, стали критически важным фактором в обеспечении продовольственной безопасности в мире за последние 50 лет. Однако такая урожайность дается дорогой ценой — взамен данные культуры требуют значительных объемов химических удобрений, что крайне плохо сказывается на состоянии окружающей среды. Сегодня команда китайских ученых разработывает новые сорта риса, которые будут требовать гораздо меньше химических удобрений, а значит, окажутся куда экологичнее своих предшественников.

Так называемая «зеленая революция» 1950-1960-х годов вывела сельское хозяйство на качественно новый уровень. Появились новые технологии, методы обработки земель, удобрения. На порядки возросла урожайность, что позволило накормить миллионы людей по всему миру. Однако обратной стороной медали оказалось губительное влияние азота в водоемах, что породило взрывное цветение водорослей, зачастую с летальным исходом для остальной флоры и фауны.

Группа ученых из Китайской академии наук во главе с доктором Йангдонгом Фу (Xiangdong Fu) провели анализ ДНК 36 сортов риса, выявив в результате один ген, отвечающий за содержание особого белка, контролирующего поглощение азота и рост растения (growth-regulating factor 4, далее — Grf4). Однако зависимые от азота сельскохозяйственные культуры также обязаны своей эффективностью и целому семейству подавляющих рост белков, получивших название Della. Эти белки делают растение более низкорослым, но зато куда более стойким к суровому климату.

В результате проведенной работы ученым удалось изменить соотношение белков Della и Grf4 в пользу последнего. Похожего результата удалось добиться и с пшеницей. Полученные сорта риса и пшеницы куда эффективнее поглощали содержащийся в почве азот, сохранив при этом необходимую стойкость стебля на ветру и в дождь.

Кампания по переносу желаемого гена на различные сорта риса может быть проведена достаточно успешно и быстро, считает генетик Алан Беннет из Калифорнийского университета (США). Для этого достаточно уже существующих способов селекции и генного редактирования, которые можно осуществлять во многих лабораториях. Ранее подобным образом была осуществлена передача стойкости к паводкам, выведенная в Филиппинах, на различные сорта риса в Индии и Бангладеше.

Тем не менее, одного лишь создания более эффективных сортов сельскохозяйственных культур явно недостаточно. Также очень важно изменить устоявшиеся традиции среди фермеров, считает Синь Чжан, эколог из Мэрилендского университета (США). Для масштабного сокращения вносимых в землю удобрений потребуются скоординированные усилия генетиков, экономистов, экологов, а также самих фермеров и государства.