Исследование, финансируемое главным образом Управлением международных исследовательских программ Министерства сельского хозяйства США, опубликовано в последнем выпуске журнала Nature Communications.«Эта технология позволяет улучшить качество волокна хлопка с возвышенностей, который широко выращивается повсеместно», — сказал Алан Пеппер, доцент кафедры биологии Техаса AM и старший автор статьи, которую в настоящее время возглавляет бывший аспирант Texas AM. в узбекистане. «Это повысит конкурентоспособность натуральных хлопковых волокон по сравнению с синтетическими волокнами, которые с каждым годом захватывают все большую долю рынка».По данным Министерства сельского хозяйства США, подавляющее большинство хлопка, собираемого в США и во всем мире, составляют хлопчатник с суши, или Gossypium hirsutum, в 2012 году только в Техасе было засеяно более 6,5 миллионов акров.
Хлопок более высокого качества, называемый Gossypium barbadense, более желателен из-за большей длины и прочности волокон, но он поздно созревает, мало урожайен и труднее выращивать, потому что он требует засушливого климата со значительным орошением и менее устойчив к патогенам и вредителям.«В течение долгого времени селекционеры-хлопководы пытались вывести хлопок с суши с качеством волокна барбаденсного хлопка», — сказал Пеппер. «В глобальном масштабе все пытаются это сделать. С экономической точки зрения это очень выгодно, потому что каждый миллиметр, который вы добавляете к длине волокна, увеличивает цену на хлопок, когда фермер его продает ».
Метод исследователей увеличил длину волокна как минимум на 5 миллиметров, или 17 процентов, по сравнению с контрольными растениями в их эксперименте.
Пеппер, биолог растений из Texas AM с 1995 года, признает, что хлопковые растения, разработанные в рамках проекта, технически являются генетически модифицированными организмами (ГМО), что вызывает споры. Но он делает ключевое различие: основная критика ГМО, отмечает Пеппер, сосредоточена на случаях, когда гены других видов — даже бактериальных — были добавлены к организму для достижения желаемого свойства. Например, сельскохозяйственный гигант Monsanto добавляет к хлопку ген, который делает его устойчивым к Roundup®, а затем продает фермерам семена и средство от сорняков.
«То, что мы делаем, немного отличается», — сказала Пеппер. «На самом деле мы не добавляем ген другого вида. Скорее, мы ослабляем действие одного из генов, уже присутствующих в растении ».Подобно глазам человека и животных, растения также имеют фоторецепторы, которые собирают информацию об окружающей среде.
Пеппер интересуется фоторецепторами, называемыми фитохромами, которые в основном реагируют на разные длины волн красного света. Фитохромы регулируют многие свойства растений, включая длину листьев и стеблей и время цветения. Исследователи обнаружили литературу 1990-х годов, в которой предполагалось, что количество красного света также влияет на длину волокон хлопчатника.Используя генетический гибрид растения с длинными волокнами и растений с короткими волокнами, затем сосредоточили внимание на области генома, которая находится непосредственно над одним из генов фитохромов.
Затем они использовали метод, называемый интерференцией РНК, чтобы «сбить с толку» или помешать экспрессии этого гена, сказал Пеппер.«Это была чистая фундаментальная наука, направленная на понимание биологической функции гена», — сказала Пеппер. «И действительно, растения с« нокдауном »фитохрома имели все эти фенотипические изменения, связанные с ним, и одним из них было более длинное волокно».Это открытие было особенно важно для Иброхим Абдурахмонова, ведущего автора исследования, получившего степень магистра селекции растений в Техасе в 2001 году, а сейчас он является профессором в своем родном Узбекистане. Сельскохозяйственная страна, не имеющая выхода к морю, которая граничит с Афганистаном, исторически в значительной степени полагалась на хлопок для укрепления своей быстро диверсифицирующейся экономики.
Когда-то бывший Советский Союз использовался в качестве базы для производства хлопка, но в настоящее время на долю Узбекистана приходится около 10 процентов мирового экспорта хлопкового волокна.«Устойчивость и биобезопасность производства хлопка имеют решающее значение для экономики Узбекистана, поскольку на сельское хозяйство приходится от 24 до 28 процентов валового внутреннего продукта страны», — сказал Абдурахмонов, который также является директором Центра геномики и биоинформатики Академии наук. Наук Узбекистана, который расположен в столице страны Ташкенте и входит в состав Министерства сельского и водного хозяйства.
«Повышенная стоимость более длинного и прочного ворса на уровне 10 центов за фунт даст как минимум на 100 долларов на акр больше дохода от ворса для каждого нового сорта, использующего эту технологию. Новые рынки для более длинного, тонкого, прочного и однородного хлопкового волокна, а также раннего созревания и увеличения урожайности могут еще больше повысить расчетную экономическую ценность. Наше ожидание возможного улучшения устойчивости к абиотическим стрессам посредством интерференции фитохромной РНК еще больше увеличивает его коммерческий потенциал ».