Дослідники повідомляють про швидший скринінг в сільськогосподарських культурах
Рослини витрачають весь день на створення їжі із сонячного світла за допомогою фотосинтезу — процесу, що складається з понад 100 кроків, над яким дослідники працюють над підвищенням його ефективності на сільськогосподарських культурах, щоб зрештою збільшити врожайність. Коли листя рослин знаходиться під прямим сонячним промінням, наприклад, на відкритому полі, їх зелені молекули хлорофілу отримують більше світлової енергії, ніж вони можуть використовувати. Якщо ця енергія не розсіюється з молекул, вони будуть реагувати з киснем з утворенням агентів, що відбілюють, які можуть зруйнувати лист, що знижує здатність рослин до фотосинтезу на 10-30%.
Однак у процесі еволюції рослини розвинули кілька фотозахисних механізмів для запобігання пошкодженням, які називаються нефотохімічним гасінням (NPQ) збуджених станів хлорофілу. Прискорюючи процес релаксації NPQ, дослідники потенційно можуть підвищити ефективність фотосинтезу у сільськогосподарських культурах.
У недавньому дослідженні, опублікованому в Journal of Visualized Experiments, дослідники RIPE з Університету Іллінойсу та Кембриджського університету повідомили про високопродуктивний метод скринінгу швидкості релаксації NPQ у рослин, вирощених у польових умовах, який може допомогти в ідентифікації генотипів з корисними характеристиками шляхом розробки аналізу хлорофілу флуоресценції з амплітудно-імпульсною модуляцією (PAM).
"NPQ можна виміряти за допомогою різних наявних у продажу флуориметрів PAM, від простих ручних пристроїв до більш досконалих закритих систем", - сказав Дхананджай Готаркар, дослідник з докторським ступенем в Іллінойсі, який керував цією роботою в рамках дослідницького проекту під назвою "Розуміння збільшення фотосинтезу". ». Ефективність (RIPE). «Існує обмеження на використання деяких з цих підходів через їхню відносно низьку пропускну здатність, що ускладнює скринінг великих колекцій рослин без кількох пристроїв та команди дослідників».
RIPE - це міжнародний дослідницький проект, метою якого є збільшення світового виробництва продуктів харчування за рахунок розробки продовольчих культур, які більш ефективно перетворюють сонячну енергію в їжу, за підтримки Фонду Білла та Мелінди Гейтс, Фонду досліджень у галузі харчових продуктів та сільського господарства та Міністерства іноземних справ, Співдружності та розвитку Великобританії.
Ґрунтуючись на попередніх дослідженнях, команда використовувала аналіз флуоресценції хлорофілу PAM у листових дисках для високопродуктивного скринінгу швидкості релаксації NPQ у сої, вирощеній у полі, що має ключову перевагу порівняно з послідовним аналізом окремих рослин.
"Оскільки звичайні вимірювання проводяться для кожної рослини, використання цієї процедури відкриває можливість тестувати сотні генотипів протягом дня та потенціал для проведення повногеномних асоціативних досліджень", - сказав Стівен Берджесс, автор цього дослідження. "Цей протокол призначений для аналізу сої, вирощеної в полі, але його можна модифікувати для відбору проб і вимірювання матеріалу, вирощеного в теплицях, або інших вищих рослин".
У своїй статті група дослідників виклала свій протокол від посіву насіння влітку 2021 року до збирання зразків листя з поля, а також обробки та вимірювання даних флуоресценції хлорофілу NPQ. Команда виявила, що для отримання надійних вимірювань NPQ необхідно враховувати кілька компонентів, таких як вибір листових дисків та поводження з ними. Наприклад, грубе поводження з пінцетом може викликати стрес у тканині листа, а швидкість активації та релаксації NPQ може змінюватись в залежності від віку листа та стадії розвитку рослини, і все це елементи, на які слід звернути увагу, щоб зменшити експериментальний шум.
"Визначивши основні вузькі місця, які перешкоджають ефективності фотосинтезу, ми можемо з'ясувати, як допомогти рослинам рости більш продуктивно", - сказав Йоханнес Кромдейк, викладач Кембриджського університету, який брав участь у цьому дослідженні. «Цей підхід включає більш швидкі способи аналізу даних, а аналіз флуоресценції хлорофілу PAM є потужним методом вимірювання ефективності фотосинтезу, надаючи нам засоби для одночасного вимірювання багатьох генотипів».
Також читайте: