Речь идет о растениях сои с лучшей способностью восстанавливаться при избытке солнца в открытом поле и способах массовой диагностики на этот признак

Растения тратят весь день на создание пищи из солнечного света с помощью фотосинтеза - процесса, состоящего из более чем 100 шагов. Многие ученые работают над оптимизацией фотосинтеза с целью повышения урожайности сельхозкультур.

Когда листья растений находятся под прямыми солнечными лучами, например, на открытом поле, их зеленые молекулы хлорофилла получают больше световой энергии, чем они могут использовать. Если эта энергия не рассеивается из молекул, они будут реагировать с кислородом с образованием отбеливающих агентов, которые могут разрушить лист, что снижает способность растений к фотосинтезу на 10–30%.

Однако в процессе эволюции растения развили несколько фотозащитных механизмов для предотвращения повреждений, называемых нефотохимическим гашением (NPQ) возбужденных состояний хлорофилла.

Ускоряя процесс релаксации NPQ, исследователи потенциально могут повысить эффективность фотосинтеза в сельскохозяйственных культурах.

В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Visualized Experiments и цитируемом порталом Рhys.org, ученые проекта RIPE из Университета Иллинойса и Кембриджского университета сообщили о высокопроизводительном методе скрининга скорости релаксации NPQ у растений, выращенных в полевых условиях. Метод поможет в идентификации генотипов с полезными характеристиками путем разработки анализа флуоресценции хлорофилла с амплитудно-импульсной модуляцией (PAM).

RIPE - это международный исследовательский проект, целью которого является увеличение мирового производства продуктов питания за счет разработки продовольственных культур , которые более эффективно превращают солнечную энергию в пищу, при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс.

Основываясь на предыдущих исследованиях, команда использовала анализ флуоресценции хлорофилла PAM в листьях для высокопроизводительного скрининга скорости релаксации NPQ в сое, выращенной в поле, что имеет ключевое преимущество по сравнению с последовательным анализом отдельных растений.

«Поскольку обычные измерения проводятся для каждого растения, использование этой процедуры открывает возможность тестировать сотни генотипов в течение дня в поле, и потенциал для проведения полногеномных ассоциативных исследований огромен», - сказал Стивен Берджесс, автор исследования.

Подводя итоги прошлогодней работы от посева семян до сбора образцов листьев с поля, а также обработки и измерения данных флуоресценции хлорофилла NPQ, команда обнаружила, что для получения надежных измерений NPQ необходимо учитывать несколько компонентов, таких как выбор листовых дисков и обращение с ними.

Например, грубое обращение с пинцетом может вызвать стресс в ткани листа, а скорость активации и релаксации NPQ варьируется в зависимости от возраста листа и стадии развития растения, и все это элементы, на которые следует обратить внимание, чтобы уменьшить экспериментальный шум.

«Определив основные узкие места, которые препятствуют эффективности фотосинтеза, мы можем выяснить, как создать самые продуктивные культуры. Этот подход включает в себя более быстрые способы анализа данных, а анализ флуоресценции хлорофилла PAM является мощным методом измерения эффективности фотосинтеза, предоставляя нам средства для одновременного измерения многих генотипов», - сказал Йоханнес Кромдейк, преподаватель Кембриджского университета, участвовавший в этом исследовании.