Растения — это изначальные фабрики по улавливанию углерода. Новая исследовательская программа нацелена на то, чтобы сделать их еще более эффективными с помощью генного редактирования.
Институт инновационной геномики (Innovative Genomics Institute, IGI), исследовательская группа из Беркли, Калифорния, основанная соизобретателем технологии CRISPR Дженнифер Дудной, объявила о запуске новой программы. Цель — использовать революционный инструмент генного редактирования на растениях для повышения их способности к накоплению углерода. Первоначальная программа рассчитана на три года и финансируется грантом в размере 11 миллионов долларов от фонда Марка Цукерберга и Присциллы Чан.
Это исследование является частью растущих усилий ученых по поиску способов «высасывания» диоксида углерода из атмосферы для замедления темпов изменения климата. Увеличение естественных способностей растений поглощать CO2 может, в случае реализации в крупном масштабе, помочь сдержать пиковые температуры в условиях потепления планеты.
Хотя многие ассоциируют улавливание углерода с деревьями, исследования IGI сосредоточены на сельскохозяйственных культурах. Как поясняет Брэд Рингизен, исполнительный директор IGI, это решение продиктовано в первую очередь вопросом времени. Деревья могут связывать углерод на протяжении десятилетий или даже столетий благодаря долгому жизненному циклу, но большинство культур растет быстрее, что позволяет исследователям ускорить процессы тестирования.
Одной из основных целей работы IGI будет изменение фотосинтеза таким образом, чтобы растения росли быстрее. Модифицируя задействованные ферменты, исследователи надеются устранить побочные реакции, отнимающие энергию, в том числе те, которые по факту выделяют диоксид углерода.
Однако фотосинтез — это лишь половина дела. Углерод, поглощенный растениями, обычно возвращается в атмосферу после того, как растения потребляются почвенными микробами, животными или людьми. Сохранение углерода в почве или поиск других методов его хранения как минимум так же важны, как и его первичное улавливание.
Наличие более крупных и глубоких корневых систем может способствовать большему накоплению углерода в почве. Если растение погибает, а его части находятся глубоко под землей, углерод в них с меньшей вероятностью быстро попадет обратно в воздух. Корни — не единственный возможный вариант хранения. Модифицированные растения также могут быть использованы для производства биомасла или биоугля, которые затем можно закачивать глубоко под землю для долговременного хранения.
Оптимизация растений для удаления углерода будет сложной задачей, отмечает Дэниел Войтас, инженер-генетик из Университета Миннесоты и член научного консультативного совета IGI. Он подчеркивает, что многие признаки, которые исследователи хотят изменить в растениях, контролируются множеством генов, что затрудняет точное редактирование. Кроме того, в то время как некоторые растения, такие как табак и рис, изучены настолько подробно, что исследователи в общих чертах понимают, как их модифицировать, генетика других культур изучена гораздо слабее.
Большая часть первоначальных исследований IGI, посвященных фотосинтезу и корневым системам, будет сосредоточена на рисе. Одновременно институт займется разработкой более совершенных методов генного редактирования для сорго — основной культуры, которую исследователям пока особенно трудно поддаются изменениям. В конечном итоге команда надеется научиться понимать и, возможно, изменять почвенные микробы.
«Это нелегко, но мы принимаем эту сложность», — заявляет Рингизен. В конечном итоге он надеется, что, когда дело дойдет до изменения климата, «растения, микробы и сельское хозяйство смогут стать частью решения, а не частью проблемы».
