Новий сорт рису допоможе зменшити викиди парникових газів

Ріс. 1. Порівняння зовнішніх ознак звичайного рису (Nipp) і генетично модифікованого рису, активніше запасаючого крохмаль в стеблях і зернах (SUSIBA2-77). У хуртовинах рису SUSIBA2-77 утворюється більше зерен. Висота рослин не відрізняється. Маса коренів у трансгенного рису менша, ніж у звичайних рослин. Фото з обговорюваної статті в Nature

Вчені зі Швеції отримали генетично модифікований рис, плантації якого майже не викидають в атмосферу метан. Для цього рис забезпечили одним з генів ячменю, що стимулює відкладення крохмалю в стеблях і насінні рослини. Зерна такого рису більш поживні, а в корінні, навпаки, запасається менше вуглеводів. Тому рису ґрунтовних бактерій, що живуть біля коренів, дістається менше сировини для синтезу метану.

Метан — злісний парниковий газ, його молекули поглинають інфрачервоне випромінювання активніше молекул вуглекислого газу. Внесок метану в збільшення температури, яке спостерігається з тих пір, як людство стало активно впливати на клімат Землі, становить близько 20%. Основне джерело метану, що виникло через діяльність людей, — це рисові поля. За різними оцінками, вони виробляють від 7 до 17% атмосферного метану. А оскільки людство зростає і потребує все більших кількостей їжі, в майбутньому кількість рисових полів напевно значно зросте. Тому далекоглядні дослідники зі Швеції вже зараз отримали сорт рису, який майже не виробляє метану. Якби фермери перейшли на такий рис, внесок людства в глобальне потепління вдалося б різко скоротити.

Раніше ця ж команда вчених знайшла у ячменю ген транскрипційного фактора SUSIBA-2, що працює, в основному, в насінні рослини і підсилює напрацювання крохмалю. Крохмаль — це полімер, у вигляді якого рослини запасають цукру, утворені в ході фотосинтезу. Якщо змусити ген SUSIBA-2 активно працювати в певній тканині рослини, туди будуть стікатися цукри. Зрозуміло, що в рисі такий перерозподіл запасів цукрів від коренів до стебнів і зернам міг би допомогти зменшити викиди метану плантаціями цієї рослини.

Справа в тому, що метан синтезується не самим рисом, а певними бактеріями, що мешкають на його корінні. Як сировину для синтезу метану бактерії використовують ацетат та інші вуглецевмісні молекули, що утворюються після розпаду цукрів. Тому чим менше цукрів буде надходити в коріння, тим менш комфортно будуть відчувати себе метаноутворюючі бактерії і тим менше метану будуть виділяти в атмосферу рисові поля.

Вчені отримали генетично модифіковані рослини рису, в яких працював ген транскрипційного фактора ячменю SUSIBA-2. Систему управління геном теж запозичили у ячменю: ген у нього починає активно працювати тільки в присутності достатньої кількості цукрів. Напрацьований транскрипційний фактор при цьому посилює активність власного гена, а також включає інші гени, необхідні для зв’язування цукрів у крохмаль. Виходить, що система працює все активніше, поки є вільні цукру. Але для початку її роботи потрібно, щоб цукру були присутні у вільному вигляді в достатніх кількостях, тому активною вона буде не у всіх частинах рослини.

В отриманому дослідниками рисі ячменевий фактор SUSIBA-2 активно напрацьовувався в насінні і стеблях рослин, утворювався в листях в ледь помітних кількостях, а в коріннях не синтезувався зовсім. Така ж картина спостерігалася з активністю генів, зайнятих у переробці цукрів у крохмаль. Так вченим вдалося перенаправити потік цукрів у рослині, щоб вони якомога активніше відкладалися в насінні і стеблях, а не в корінні. Крім досягнення основної мети — зменшення утворення метану — вийшло, що насіння рису стало більш поживним і їх суха маса збільшилася.

У всіх метаноутворюючих бактерій є кофермент F420. За його специфічною флуоресценцією легко відрізнити метаноутворюючих бактерій від інших. Вчені за допомогою флуоресцентної мікроскопії вивчили коріння трансгенного рису, вирощеного в польових і лабораторних умовах, і побачили, що в обох випадках метаноутворюючих бактерій на його корінні менше, ніж у звичайного рису (рис. 2). Не дивно, що і метану посадки такого рису виділяли менше.

Ріс. 2. Флуоресценція метаноутворюючих бактерій на коріннях звичайного рису (Nipp) і корінні генетично модифікованого рису, активніше запасаючого крохмаль в стеблях і зернах (SUSIBA2-77). Довжина масштабного відрізка 1 мм. Фото з обговорюваної статті в Nature

Цікаво, що ефективність системи залежала від пори року і доби, тому що включалася система перерозподілу цукрів тільки при достатньому їх напрацюванні. Так, вранці різниця у виділенні метану посадками звичайного і трансгенного рису була невеликою, але вдень різко зростала. Влітку трансгенний рис виділяв менше метану, ніж восени. На піках напрацювання цукрів генетично модифіковані рослини виділяли всього 0,3% від кількості метану, що утворюється звичайним рисом.

Генетично модифікований рис вже пройшов трирічні польові випробування в декількох регіонах Китаю. Але оскільки ці рослини впливають на баланс ґрунтових бактерій, перед поширенням нового сорту рису знадобляться більш тривалі і детальні дослідження складу ґрунту. Крім того, прямо зараз широко поширити новий сорт рису не вийде через недовіру суспільства до технологій ГМО. Тому вчені планують отримати рис з такою ж генетичною модифікацією традиційними методами — за допомогою селекції. За оцінками дослідників, на це піде близько десяти років.

Джерело: J. Su, et al. Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starch low-methane rice // Nature. V. 523. P. 602–606.

Юлія Кондратенко