Dosáhneme s vylepšenou fotosyntézou vyšších výnosů plodin?

Zemědělské plodiny se stejně jako i jiné rostliny dovedou ochránit před přílišným osluněním. Mohou při tom využít důmyslný proces nefotochemického zhášení (anglicky NonPhotochemical Quenching), při němž v rostlinách dochází k rozptylování přebytečné světelné energie její přeměnou na teplo. Když se podmínky v prostředí změní a dojde k poklesu intenzity slunečního záření, fotosyntetické systémy rostlin se po nějakém čase přizpůsobí. Teoreticky to je vynikající adaptace rostlin na proměnlivé osvětlení. Ve skutečnosti se ale fotosyntetické systémy rostlin nestačí přizpůsobovat změnám, které se odehrávají rychle.

Když se například po nebi pohybují mraky, fotosyntéza rostlin na to obvykle nestíhá reagovat. Výsledkem je, že fotosyntéza často neprobíhá úplně optimálně a rostlina plýtvá světelnou energií, i když už není příliš osvětlená. Stephen Long z Illinojské univerzity a jeho spolupracovníci se proto rozhodli rostlinám upravit mechanismus nefotosyntetického zhášení zásahem do jejich genů. K experimentu si vybrali oblíbené rostliny tabáku (Nicotiana) a posílili u nich expresi tří genů, jejichž produkty těsně souvisejí s nefotosyntetickým zhášením. Tyto geny si badatelé vytipovali po řadě let výpočtů, počítačových simulací a experimentů.

Ostře sledovaný experiment dopadl úspěšně. Long a spol. zjistili, že u jejich geneticky vylepšených rostlin tabáku s vyladěnou fotosyntézou, které pěstovali v běžných venkovních podmínkách, došlo k nárůstu produktivity o 14 až 20 procent. Badatelé tímto výzkumem potvrdili, že něco podobného je vůbec možné. Že vyladěním fotosyntézy lze zvýšit vynos rostlin. Něco takového přitom vědci dlouhá léta zpochybňovali.

Je jasné, že geneticky upravit tabák nebylo až tak komplikované. S tabákem jsou totiž rostlinní genetici zvyklí pracovat. Do budoucna ale Long a jeho spolupracovníci chtějí geneticky vylepšovat klíčové zemědělské plodiny. Nejsou si sice úplně jistí, že jejich postup bude fungovat i u jiných rostlin nežli u tabáku, ale protože cílí na procesy, které jsou u rostlin zcela běžné, tak si vědci věří.

 

Tobacco leaves showing transient overexpression of genes involved in nonphotochemical quenching (NPQ), a system that protects plants from light damage. Red and yellow regions represent low NPQ activity, while blue and purple areas show high levels induced by exposure to light. (Credit: Lauriebeth Leonelli and Matthew Brooks/UC Berkeley)

Listy tabáku s místy, kde byla pozměněna exprese genů souvisejících s nefotochemickým zhášením při fotosyntéze. Kredit: Lauriebeth Leonelli & Matthew Brooks / UC Berkeley.

 

Kromdijk J. et al. 2016. Improving photosynthesis and crop productivity by accelerating recovery from photoprotection. Science 354: 857-861.

DOI: 10.1126/science.aai8878