Потепление нарушает рост растений, налив и качество зерна риса, пшеницы и кукурузы, что напрямую угрожает глобальной продовольственной безопасности. Ученые все чаще делают ставку на точную селекцию и редактирование генома как ключевые инструменты адаптации сельского хозяйства к меняющемуся климату.
По данным Международного научно-исследовательского института риса (IRRI), страны — ведущие производители зерна сталкиваются сразу с двумя проблемами: ростом населения и ускоряющимся потеплением. При текущих темпах изменения климата урожайность не успевает за спросом, и, по оценкам специалистов, к 2050 году темпы роста производства риса, пшеницы и кукурузы должны увеличиться как минимум на 37%.
Одной из наиболее недооцененных угроз ученые называют повышение ночных температур, которые растут почти вдвое быстрее дневных. Ночная жара нарушает циркадные ритмы растений и приводит к так называемому дисбалансу «источник–поглотитель»: энергия, накопленная днем, теряется из-за усиленного дыхания ночью. В результате замедляется налив зерна и ухудшается его качество.
В обзоре, опубликованном в журнале Trends in Plant Science, исследователи из IRRI и Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка показали, как знания о генетической регуляции цветения, архитектуры растений и налива зерна могут лечь в основу создания климатоустойчивых сортов с стабильной урожайностью.
По мнению авторов, если «зеленая революция» XX века опиралась на относительно прохладный и стабильный климат, то сегодня сельскому хозяйству необходимы новые, более точные селекционные стратегии, особенно для регионов с дефицитом продовольствия и низкими доходами.
Одним из перспективных направлений стало перепрограммирование биологических часов растений. Манипулируя циркадными ритмами и так называемыми «генами-термометрами», ученые стремятся сместить сроки цветения на более ранние периоды, чтобы растения избегали пиковых температур. Так, у риса ключевую роль в термоустойчивости играет ген OsMADS51, а у кукурузы — комплекс генов, регулирующих цветение и адаптацию к широтам.
Не менее важным направлением остается изменение архитектуры растений. Формирование более компактных и прямостоячих соцветий, а также развитие сосудистых пучков, транспортирующих сахара к зерну, позволяет повысить эффективность фотосинтеза и обеспечить стабильный налив даже в условиях жары.
Особое внимание уделяется и качеству зерна. Высокие температуры часто вызывают образование меловых, хрупких зерен. Современные методы редактирования генома, включая прайм-редактирование, позволяют точечно усиливать устойчивость растений к тепловому стрессу и сохранять товарные характеристики урожая.
Авторы обзора подчеркивают, что максимальный эффект возможен только при комплексном подходе. Он включает ускоренную селекцию, точное редактирование генов и использование геопространственного моделирования для подбора оптимальных сортов под конкретные климатические условия.
По мнению ученых, сочетание генетических, физиологических и цифровых решений позволит сохранить устойчивость мирового рынка зерна, обеспечить растущее население продовольствием и одновременно поддержать качество основных пищевых культур в условиях глобального потепления.
По данным Международного научно-исследовательского института риса (IRRI), страны — ведущие производители зерна сталкиваются сразу с двумя проблемами: ростом населения и ускоряющимся потеплением. При текущих темпах изменения климата урожайность не успевает за спросом, и, по оценкам специалистов, к 2050 году темпы роста производства риса, пшеницы и кукурузы должны увеличиться как минимум на 37%.
Одной из наиболее недооцененных угроз ученые называют повышение ночных температур, которые растут почти вдвое быстрее дневных. Ночная жара нарушает циркадные ритмы растений и приводит к так называемому дисбалансу «источник–поглотитель»: энергия, накопленная днем, теряется из-за усиленного дыхания ночью. В результате замедляется налив зерна и ухудшается его качество.
В обзоре, опубликованном в журнале Trends in Plant Science, исследователи из IRRI и Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка показали, как знания о генетической регуляции цветения, архитектуры растений и налива зерна могут лечь в основу создания климатоустойчивых сортов с стабильной урожайностью.
По мнению авторов, если «зеленая революция» XX века опиралась на относительно прохладный и стабильный климат, то сегодня сельскому хозяйству необходимы новые, более точные селекционные стратегии, особенно для регионов с дефицитом продовольствия и низкими доходами.
Одним из перспективных направлений стало перепрограммирование биологических часов растений. Манипулируя циркадными ритмами и так называемыми «генами-термометрами», ученые стремятся сместить сроки цветения на более ранние периоды, чтобы растения избегали пиковых температур. Так, у риса ключевую роль в термоустойчивости играет ген OsMADS51, а у кукурузы — комплекс генов, регулирующих цветение и адаптацию к широтам.
Не менее важным направлением остается изменение архитектуры растений. Формирование более компактных и прямостоячих соцветий, а также развитие сосудистых пучков, транспортирующих сахара к зерну, позволяет повысить эффективность фотосинтеза и обеспечить стабильный налив даже в условиях жары.
Особое внимание уделяется и качеству зерна. Высокие температуры часто вызывают образование меловых, хрупких зерен. Современные методы редактирования генома, включая прайм-редактирование, позволяют точечно усиливать устойчивость растений к тепловому стрессу и сохранять товарные характеристики урожая.
Авторы обзора подчеркивают, что максимальный эффект возможен только при комплексном подходе. Он включает ускоренную селекцию, точное редактирование генов и использование геопространственного моделирования для подбора оптимальных сортов под конкретные климатические условия.
По мнению ученых, сочетание генетических, физиологических и цифровых решений позволит сохранить устойчивость мирового рынка зерна, обеспечить растущее население продовольствием и одновременно поддержать качество основных пищевых культур в условиях глобального потепления.