Японские биологи получили генетически модифицированный рис, в зернах которого запасается на 20 процентов меньше фосфатных соединений, чем в обычных растениях. По мнению ученых, выращивание этого риса позволит уменьшить использование удобрений и, одновременно, улучшить усвояемость полезных веществ.

Фосфор необходим для роста и развития живых организмов. Для того, чтобы увеличить урожайность зерновых культур, в том числе и риса, на поля ежегодно добавляют фосфатные удобрения. Из-за их применения возникают несколько проблем. Во-первых, большая часть фосфатов в удобрениях связывается с находящимися в почве ионами металлов (алюминия, кальция, железа), а растениям достается не более четверти полезных соединений. Запасы природного минерала фосфорита, из которого делают удобрения, истощаются и могут закончится в ближайшие 50–100 лет.Другая проблема заключается в том, что до 85процентов фосфора в зернах находится в виде фитата (IP6)— соединения, которое не расщепляется в желудке млекопитающих (кроме жвачных). Оно связывается в кишечнике с ионами металлов, таких как железо или цинк, и препятствует их усвоению организмом. Кроме того, до 90 процентов не расщепленного фитата попадает с экскрементами в сточные воды и загрязняет реки и озера.

IP6 необходим для проращивания рисовых зерен и развития молодых побегов. При этом, для нормального развития растения в его зернах может содержаться не более 0,1 процента фитата. В то же время в большинстве сортов риса концентрация этого вещества как минимум в двое больше. Авторы нового исследования решили выяснить, можно ли перераспределить фосфор из зерен в стебли и листья растений. В этом случае в них будет оставаться больше фосфора, и это позволит уменьшить количество удобрений, необходимых для выращивания риса. В тоже время меньшее количество фитата в зернах с одной стороны повлияло бы на лучшее усвоение микроэлементов, таких как железо и цинк, а с другой — позволило бы уменьшить загрязнение водоемов.

Ученые исследовали белок-транспортер SPDT, который переносит соединения фосфора через клеточную мембрану. Они изучили, как он ведет себя во время фазы роста, а также сконструировали несколько мутантных по белку SPDT организмов и выяснили, как переносят фосфор растения с мутантными белками-транспортерами по сравнению с растениями «дикого»типа. Помимо лабораторных экспериментов, исследователи сравнили урожайность трансгенных и «диких» растений в полевых условиях.

Влияние белка-транспортера фосфатов SPDT на распределение фосфора в растениях риса. В растениях «дикого» типа (слева) в зернах запасается 64 процента фосфатов. После сбора урожая растение теряет этот фосфор. В трансгенных растениях (справа) больше половины фосфатов (57 процентов) остается в стебле и листьях растений. N.Yamaji et al. / Nature, 2016

Авторы статьи обнаружили, что SPDT контролирует перераспределение фосфора в тканях рисовых растений во время фазы вегетативного роста. У растений с «диким»типом белка фосфаты поступали из корней в новые, только что выросшие листья, вто время как у мутантных растений соединения фосфора распределялись по«старым» листьям. При выращивании трансгенных растений на поле, выяснилось,что их урожайность, по сравнению с«дикими» растениями не изменилась. Не изменились ни высота растений, ни количество побегов и метелок с зернами,ни внешний вид зерен. Единственным отличием оказалось перераспределение фосфора между зернами и другими частями растений. Если в рисе «дикого» типа в зернах аккумулировалось около 64 процентов фосфатных соединений, а в других частях растения — 35 процентов, то в мутантных растениях основная часть фосфатов (57 процентов) оставалась в стебле и листьях,а в зерна поступало только 43 процента фосфатов. В то же время концентрация фитата в зернах трансгенных растений была на 25–30 процентов ниже, чем в зернах«дикого» риса.

Весной этого года в США был опубликован официальный доклад посвященный генетически модифицированным (ГМ) сельскохозяйственным культурам.Его авторы проанализировали более 900научных исследований и пришли к выводу,что ГМ-культуры не только не вредны, но могут быть полезны для человека. Месяцем позже Госдума России приняла закон о запрете выращивания и разведения в стране ГМ-организмов. Исключение сделано только для научных экспериментов.

Автор: Екатерина Русакова