科學(xué)家們透露，在作物中過度表達單一蛋白質(zhì)的簡單基因調(diào)整可能會導(dǎo)致植物需要的水分減少25％，但這不會影響植物的常規(guī)產(chǎn)量?？茖W(xué)家希望這項突破性研究將帶來新一代的節(jié)水農(nóng)業(yè)，幫助受干旱和氣候變化的困擾地區(qū)種植更多糧食。

來自伊利諾斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際科學(xué)家小組的研究發(fā)現(xiàn)，可以增加一種名為Photosystem II Subunit S（PsbS）的特定蛋白質(zhì)，迫使植物部分關(guān)閉其氣孔。氣孔是二氧化碳或氧氣出入的門戶，有助于調(diào)節(jié)光合作用。

科學(xué)家最初的假設(shè)是，通過限制氣孔打開，植物不會通過蒸騰損失更多的水分，并且隨后不需要盡可能多的水分生長。然而研究人員懷疑植物在減少氣孔打開的同時仍然可以吸收所需的二氧化碳。

這個假設(shè)在煙草作物中進行了測試，結(jié)果令人難以置信。通過增加PsbS表達，氣孔開口減少，進入植物的二氧化碳與水逸出的比率提高了25％。這實際上意味著植物將需要少25％的水來達到相同的光合速率。實驗還表明，采用基因工程技術(shù)改造的植物和未改造植物之間的總產(chǎn)量或大小沒有顯著差異。

研究人員Stephen Long表示：“這是一個重大突破。過去60年來，作物產(chǎn)量穩(wěn)步提高，但生產(chǎn)1噸谷物所需的水量保持不變 - 這導(dǎo)致大多數(shù)人認為這個因素?zé)o法改變。我們這項研究的作用是打開大門，讓更多的研究和發(fā)展來實現(xiàn)這個未來的重要目標。“

世界90％的淡水供應(yīng)都是由農(nóng)業(yè)消耗的。據(jù)估計，到2050年將有必要增加70％的糧食產(chǎn)量，世界各地日益波動和不穩(wěn)定的氣候模式意味著用水種植這些急需的作物可能不容易產(chǎn)生。

雖然煙草作物的簡單改造和快速生命周期證明是該過程的成功案例研究，但下一階段的研究是在模擬限水條件的條件下在糧食作物中進行測試。研究表明，由于PsbS在植物中的作用相對普遍，因此這一過程在轉(zhuǎn)移到普通糧食作物時應(yīng)該具有類似的效果。

研究共同作者Johannes Kromdijk認為：“使作物植物更高效地利用水對于當前和未來的植物科學(xué)家來說可能是最大的挑戰(zhàn)。我們的研究結(jié)果表明，增加PsbS的表達可以使作物植物在用水過程中更加保守，我們認為這將有助于在生長季節(jié)期間更好地分配可用水資源，并在干旱期間保持作物更高的產(chǎn)量。”

該研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。