Учёные создали геномную модель для увеличения урожайности картофеля

Картофель — одна из основных сельскохозяйственных культур. На фото: растение с вирусной инфекцией (слева) и без неё (справа). Автор: Сара Фишер, Национальный институт биологии, Любляна.

Чтобы изучить компромисс между ростом и защитой растений в контексте метаболизма сельскохозяйственных культур, учёные из Потсдамского и Эрлангенского университетов, Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка и Национального института биологии (Любляна) разработали геномную метаболическую модель potato-GEM. Это первая в своём роде крупномасштабная реконструкция метаболизма, которая станет полезным инструментом для выведения сортов растений с повышенной устойчивостью к стрессам и высокой урожайностью.

С ростом мирового населения увеличивается и спрос на продовольствие. Изменение климатических условий приводит к ежегодным потерям урожая на миллиарды евро. Чтобы обеспечить людей продовольствием, необходимо повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к внешним факторам, не жертвуя при этом урожайностью и качеством.

Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур в мире. Вирусные инфекции и нашествия вредителей, таких как колорадский жук, могут привести к потере до 80% урожая. Растения, подвергшиеся биотическому стрессу, замедляют рост, чтобы сохранить молекулярные ресурсы для выработки защитных соединений. С другой стороны, быстрый рост растений часто делает их более уязвимыми к болезням и вредителям, так как приоритет отдаётся развитию, а не защите.

Команда исследовала этот компромисс с помощью моделирования на основе геномных метаболических моделей (GEM) картофеля. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Метаболическая реконструкция potato-GEM охватывает все известные вторичные метаболические процессы этой важной сельскохозяйственной культуры», — поясняет Зоран Николоски, профессор биоинформатики Потсдамского университета и руководитель группы в Институте молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка.

Математическая модель позволяет детально анализировать взаимодействие между процессами роста и защиты растений, а также служит платформой для дальнейших исследований.

«Понимание молекулярных механизмов реакции растений на стресс поможет улучшить стратегии селекции и создавать сорта с повышенной устойчивостью, урожайностью и качеством».

Дополнительная информация: Ян Зримец и др., Evaluating plant growth–defense trade-offs by modeling the interaction between primary and secondary metabolism, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2502160122

Источник: Потсдамский университет