Как селекцията прави ориза, пшеницата и царевицата по-устойчиви на климатичните промени
Покачващите се дневни и нощни температури все по-сериозно застрашават производството на основните зърнени култури – ориз, пшеница и царевица. Топлинният стрес нарушава растежа на растенията, пълненето на зърното и неговото качество. Това поставя под риск глобалната продоволствена сигурност.
Според анализ на Международния институт за изследване на ориза, за да се отговори на нуждите на нарастващото население, добивите от тези три култури ще трябва да се увеличат с около 37% до 2050 г. В същото време климатичните условия стават все по-неблагоприятни. Особено в региони с ограничени ресурси.
Една от най-сериозните, но често подценявани заплахи, са нарастващите нощни температури. Те се повишават почти два пъти по-бързо от дневните. Те нарушават вътрешните биологични ритми на растенията. В резултат се получава дисбаланс между производството и разхода на енергия. Растенията изразходват натрупаните през деня ресурси за дишане през нощта, което води до по-слабо наливане на зърното и по-ниско качество.
В научен преглед, публикуван в списанието Trends in Plant Science, учени от Международния институт за изследване на ориза и Института за молекулярна физиология на растенията „Макс Планк“ анализират как съвременната селекция и молекулярната биология могат да подпомогнат създаването на климатоустойчиви зърнени култури.
Според авторите, докато Зелената революция на XX век е разчитала на стабилен и по-хладен климат, днес са необходими прецизни селекционни стратегии. Като следва да отчитат променящите се температурни режими и екстремните климатични условия.
Един от ключовите подходи е препрограмирането на биологичния часовник на растенията
Чрез идентифициране и регулиране на т.нар. термочувствителни гени, селекционерите могат да създадат сортове, които цъфтят по-рано и избягват най-интензивните горещини. При ориза например генът OsMADS51 е свързан с по-висока толерантност към топлина в критичните фази на развитие.
Подобни механизми се изучават и при царевицата, където група гени, известни като „вечерен комплекс“, регулират цъфтежа и адаптацията към различни географски ширини. Чрез прецизна селекция тези гени могат да бъдат използвани за по-добра адаптация към топлинен стрес.
Друг важен аспект е архитектурата на растенията. Гени като DEP1 при ориза влияят върху формата и плътността на метлиците, създавайки по-благоприятен микроклимат за фотосинтеза и по-добро разпределение на светлината дори при високи температури. Учените изследват и съдовата система на растенията, която транспортира хранителните вещества към зърното, с цел да се запази ефективното наливане на зърното при топлинен стрес.
Генното редактиране се очертава като един от най-прецизните инструменти в съвременната селекция. Чрез целенасочени промени в гени, отговорни за транспортирането на захари и качеството на зърното, учените постигат по-добро завръзване и намаляване на дефектите, свързани с високите температури.
Изследователите подчертават, че устойчивите решения изискват интегриран подход. Това следва да бъде съчетаване на генетика, селекция, геопространствени данни и ускорени методи за размножаване. Само чрез подобна комбинация може да се гарантира стабилно производство на зърно в условията на променящ се климат.
Източник: Международен институт за изследване на ориза.
