Для обеспечения продовольственной безопасности растущего населения в условиях глобального потепления требуются срочные инновации в селекции ключевых зерновых культур. Ученые указывают, что к 2050 году темпы роста урожайности риса, пшеницы и кукурузы должны увеличиться на 37%, чтобы удовлетворить спрос. Особую угрозу представляет повышение ночных температур, растущих почти вдвое быстрее дневных, что нарушает внутренние ритмы растений и снижает качество зерна.
Перепрограммирование биологических часов растений
Одним из перспективных направлений является манипулирование циркадным ритмом для избегания пиковых температур. Например, у риса ген OsMADS51 обеспечивает термоустойчивость на стадиях колошения и налива зерна, а у кукурузы исследователи нацелены на «вечерний комплекс» генов, включающий ZmELF3 и ZmLUX, для координации цветения.
Создание более эффективной архитектуры растений
Изменение архитектуры соцветия, например, за счет гена DEP1 у риса, который формирует плотные, прямостоячие метелки, улучшает распределение света и фотосинтез. Также изучаются гены, такие как SPIKE, GIF1, SPL14 и APO1-HI1, увеличивающие количество сосудистых пучков для эффективной доставки питательных веществ к зернам.
Редактирование генов для улучшения качества зерна
Молекулярная инженерия, включая прайм-редактирование, позволяет целенаправленно модифицировать гены. Введение элементов теплового шока в промотор гена риса GIF1 повысило скорость завязывания семян на 10,5% при стрессе. Открытие гена QT12, негативного регулятора качества, дает мишень для предотвращения образования меловых зерен при высоких температурах.
В обзоре, опубликованном в журнале Trends in Plant Science учеными из Международного института исследований риса и Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка, анализируется, как генетическая регуляция цветения, архитектуры и налива зерна может лечь в основу климатоустойчивых сортов. Авторы утверждают, что в отличие от «зеленой революции» XX века, сегодня необходимы стратегии точной селекции для преодоления стагнации в регионах с низким уровнем дохода.
Интегрированные инновации для комплексных решений
Для масштабного внедрения требуется целостный подход, включающий геопространственное моделирование для мониторинга очагов перегрева, инструменты ускоренной селекции и методы точного редактирования генома. Объединение структурных, временных и молекулярных инноваций позволит поддерживать устойчивый рынок зерновых, удовлетворяющий рыночный спрос и обеспечивающий продовольственную безопасность без ущерба для качества.
