Близо трима на всеки десет души по света са изпитвали недостиг на храна през 2022 г., а над една десета от хората са изложени на сериозна продоволствена несигурност, сочат данни на Организацията за прехрана и земеделие към ООН.

Подобряването на добивите от растенията е един от начините да се намали този недостиг, а в тази сфера има сериозен напредък. Но докато добивите от царевица, например, са се утроили през последните 100 години, същото важи и за използването на вода.

"Трябва да можем да увеличаваме производителността без да увеличаваме още повече търсенето, особено по отношение на водата," казва пред BBC професор Стив Лонг от Университета на Илинойс.

Един от аспектите на отглеждането на различни култури е, че то не бележи значително подобрение на ефективността на преобразуване или колко ефективно едно растение преобразува слъчневата радиация в биомаса чрез фотосинтеза.

Професор Лонг казва, че фотосинтезата при различни култури, като пшеница и соя, остава почти без промяна от десетилетия.

Той е директор на проект на име Ripe, който има за цел генетично да променя растенията, така че да увеличава техния добив, подобрявайки способността им да фотосинтезират.

Ефективността на фотосинтезата при различните култури е доста под теоретичния максимум, но е трудно да бъде повлияна заради сложното естество на процеса – има над 100 стъпки, закодирани в още повече гени, което води до милиони потенциални пермутации.

Професор Лонг и неговият екип са използвали мощни компютри, за да създадат дигитален близнак на процеса на фотосинтеза. Той може да променя този процес по милиони начини.

Измежду тези милиони възможности софтуерът може да определя кои ще са онези, които ще осъществят най-големи подобрения.

"След това ги внедряваме в различни култури и ако това доведе до подобрения в оранжерията, ги пренасяме в нашата експериментална ферма, за да ги тестваме в реални условия," казва професор Лонг.

Тази тяхна дейност вече дава обещаващи резултати. Промени в механизмите на фотосинтеза на соята са довели до подобряване на добива с над 20% в контролирана среда, като в момента се провеждат полеви тестове.

Един от фокусите в работата на екипа е промяната на начина, по който растенията реагират на промяната в нивото на светлина.

Екипът работи с три гена, които кодират протеини от ксантофилния цикъл. Това се случва с потъмняването на листата, което пречи на растението да абсорбира повече светлина, която би могло да използва.

Този процес обаче може да отнеме няколко минути, а генните промени на Ripe означават, че растенията могат да се приспособят към промените в нивата на светлина по-бързо.

Други екипи по света също се опитват да подобрят фотосинтезата.

Wild Bioscience, която се отделя от Оксфордския университет, работи по подобряването на частта от всяко листо, която може да фотосинтезира, като засилва проявяването на ген, съдържащ се в дивите растения.

Процесът включва сложна изчислителна биология: "Ние се опитваме да направим обратен инженеринг на подобренията във фотосинтезата в дивата природа, за да можем да ги копираме в отглежданите култури," казва съоснователят Рос Хендрън.

Често този ген присъства в съответното растение и може да бъде активиран в различни области.

Компанията работи по пшеницата, соята и царевицата и вече е постигнала увеличение от над 20% при биомаса на семената, като в момента се анализират полевите тестове. Ако всичко мине добре, тези култури може да са на пазара около 2030 или 2031 г.

Ripe и Wild BioSciences се занимават с редактирането на гени. Това представлява включването и изключването на гени чрез премахване на ДНК и се различава от генните модификации (GM), което включва привнасянето на гени от други видове.

Регулациите по отношение на генно редактираните и генно модифицираните култури се различават в отделните държави, като най-строгите правила са в ЕС. Активисти отдавна се борят срещу използването на генно модифицирани култури и също така са против генно редактираните растения.

Някои учени са предпазливи по отношение на това какво, всъщност, може да бъде постигнато като реколта на полето.

Увеличаването на способността за фотосинтеза може просто да доведе до по-малки листа, а тези високи нива на фотосинтеза биха могли да означават по-голяма загуба на вода, което пък означава, че растенията биха имали нужда от повече напояване, казва Матю Пол, главен изследовател в института за селскостопански изследвания Rothamsted Research.

"За да може да има по-мащабен ефект, всеки подход с генно модифициране или редактиране трябва да бъде възпроизвеждан в сортове, отглеждани в различни региони.

Тънкостите по отношние на контрола на проявяването и вззимодействието с генетичния фон на всеки сорт ще направят това трудно," допълва той.

Работата в тази сфера все още е на ранен етап и предстои да се види доколко търговски добиви може да бъдат повишени чрез промени във фотосинтезата. Различните техники може да бъдат използвани в комбинация за постигането на още по-голям ефект, казва Хендрън.

"Ще бъдат разработени и други технологии, а Ripe ще бъде една от тях. Така че можем да кажем, че всички ние сега правим това поотделно, но колко по-силно е всичко това, когато бъде комбинирано?"

Новините на Darik Business Review във Facebook , Instagram , LinkedIn и Twitter !