Китайские и европейские учёные определили участки генома кукурузы, которые позволяют одновременно повышать урожайность и сокращать ущерб для окружающей среды. Исследование, опубликованное в журнале Science Bulletin, предлагает «дорожную карту» для селекционеров, которая поможет выводить более продуктивные и экологичные сорта, что критически важно для глобальной продовольственной безопасности.
Производство кукурузы за последние 60 лет выросло почти в шесть раз, превратив её в основу мировых продовольственных систем. Однако этот успех сопровождался ростом загрязнения от азотных удобрений, которые попадают в водоёмы, истощают почву и увеличивают выбросы парниковых газов. Авторы исследования утверждают, что современная селекция должна решать две задачи сразу: наращивать сбор зерна и снижать экологическую нагрузку.
Исследователи проанализировали огромный массив генетических данных и выявили 98 «горячих точек» в ДНК кукурузы. Эти участки генома отвечают за комплекс полезных признаков: от устойчивости к засухе и вредителям до более эффективного усвоения питательных веществ. Такая концентрация генов в определённых регионах ДНК позволит селекционерам целенаправленно изменять сразу несколько характеристик, что значительно ускорит создание новых сортов.
Анализ 539 уже существующих «зелёных» сортов показал, что они в среднем дают на 10,1% больше урожая. При этом растения на 16,7% эффективнее преобразуют поглощённый азот в зерно. Однако учёные обнаружили и проблему: способность корней впитывать азот из почвы у таких сортов снизилась на 13%. Это означает, что для полного отказа от избыточных удобрений предстоит усовершенствовать и корневую систему растений.
По расчётам исследователей, повсеместное внедрение идеальных «зелёных и эффективных» сортов способно увеличить мировое производство кукурузы на 18,1% и одновременно сократить потери активного азота на 26,6%. Более реалистичный сценарий на ближайшую перспективу предполагает рост урожайности на 9% и снижение азотного загрязнения на 13%.
Главным препятствием на пути к этому результату остаётся разрыв между наукой и практикой. На рынке пока нет коммерческих сортов, которые сочетали бы в себе три и более полезных признака. Кроме того, многие лабораторные разработки не доходят до фермеров в регионах, где они нужнее всего, из-за неразвитых систем семеноводства и агротехнологий. Авторы исследования подчёркивают, что без поддержки на уровне государственной политики и выстраивания рыночных механизмов генетические открытия не смогут реализовать свой потенциал.