Будущее сельского хозяйства за генетической инженерией

Наш мир переживает климатические изменения, которые вызвали волну катастрофических сбоев. В таких условиях растениям и скоту приходится бороться с рядом новых экологических условий, которые намного опережают их естественный темп адаптации. Ряд отраслей и областей науки изучают инновационные технологии для смягчения последствий изменения климата в сельском хозяйстве. Одним из таких методов – редактирование генов, этот метод облегчает программируемые и высокоточные модификации геномов организмов, сообщает World of NAN со ссылкой на статью Alliance For Science.

Вот пять примеров, где редактирование генов обеспечивает необходимую устойчивость сельского хозяйства к изменению климата:

Первое – повышение засухоустойчивости

Когда растения подвергаются засухе, они проявляют различные характеристики, приспосабливаясь к условиям. Чтобы помочь растениям переносить абиотические стрессы, в том числе засуху, исследователи определяют конкретные гены, которые задействованы, а затем редактируют эти гены, чтобы повысить устойчивость растений.

Некоторые гены растений усиливают пагубное воздействие абиотических стрессов, известных как гены чувствительности (гены Se). Стратегии редактирования генома, в частности CRISPR-Cas, использовались на нескольких видах растений, в том числе на зерновых, овощных и фруктовых культурах, для повышения устойчивости к абиотическому стрессу путем разрушения этих генов Se.

Также проводятся исследования с использованием редактирования генов на основе CRISPR для улучшения засухоустойчивости пшеницы, маниоки, папайи, сахарного тростника и хлопка.

Второе – лечение заболеваний

Изменение климата может увеличить серьезность и вероятность заболеваний растений. Ожидается, что большинство болезней, поражающих растения и животных, станут более распространенными с изменением климата.

Чтобы противостоять надвигающимся вспышкам, ученые работают над приданием устойчивости к болезням скоту и продовольственным культурам без использования пестицидов и фунгицидов.

Третье – повышение урожайности

В прошлом для повышения урожайности использовались традиционные методы селекции. Постоянно растущий спрос на продовольствие создает потребность в более эффективных и оптимизированных подходах к улучшению сельскохозяйственных культур для получения более высоких урожаев. Технология CRISPR-Cas9 (инструмент редактирования генов) является наиболее многообещающей технологией для удовлетворения этой потребности.

Ряд генных изменений дал более устойчивые культуры с более высокой урожайностью. Например, при редактировании генома риса были получены линии с увеличенной на 11–68% урожайностью. CRISPR/Cas9 также использовался для увеличения размера томатов, в то время как другие инструменты редактирования способствовали увеличению мышечной массы у домашнего скота.

Четвертое – переживание засоления почвы

Засоление почвы является серьезным абиотическим стрессом, препятствующим росту растений, и ожидается, что он усугубится с изменением климата. Расширение засоленных пахотных земель стало серьезной угрозой мировой продовольственной безопасности. Около 6 процентов посевных площадей уничтожается из-за засоления почвы с постоянным добавлением 1–2 процентов каждый год по всему миру, что приводит к значительным потерям урожая основных зерновых культур, таких как кукуруза, рис и пшеница.

Высокая засоленность почвы повлияла на выращивание различных культур, например, товарных томатов. В настоящее время ученые успешно использовали CRISPR для придания помидорам высокой солеустойчивости.

В другом примере ученые из Хуачжунского сельскохозяйственного университета и Шанхайского агробиологического генетического центра удалили ген в рисе, чтобы улучшить его устойчивость к повышенным концентрациям соли в почве.

Пятое – борьба с сорняками

Было обнаружено, что изменение климата меняет численность и распространение насекомых-вредителей, а также наносимый ими ущерб. Сорняки, возможно, враг номер один для фермеров, они наносят колоссальный вред глобальному сельскому хозяйству, значительно снижая урожайность и доходы фермеров. В Индии сорняки снижают урожайность на 31%.

Одно из решений, предложенных для смягчения проблемы, включает разработку новых химических веществ, поскольку ожидается, что устойчивость сельскохозяйственных культур к химическим веществам снизится в результате изменения климата.

Редактирование генома представляет собой эффективное противодействие этой проблеме. В одном ярком примере ученые использовали редактирование генов с помощью CRISPR для разработки аллеля устойчивости к гербицидам в рисе. Помимо предложения фермерам гибкой и простой стратегии борьбы с сорняками, устойчивость к гербицидам позволяет фермерам практиковать беспахотную или малопахотную обработку почвы, что помогает уменьшить эрозию почвы, а также сводит к минимуму выбросы парниковых газов за счет снижения потребления ископаемого топлива и нарушения почвы.