Архитектура растений влияет на микросреду в пределах всего посевного полога. Растения с более вертикальной архитектурой листьев позволяют большему количеству света достигать нижних листьев полога.
Анатомической особенностью злаков, влияющей на угол расположения листьев, является сочленённый переход между влагалищем и пластинкой, на котором расположены язычок и ушки. Мутанты генов liguleless (SbLG1 и SbLG2) не имеют язычков и ушек и не проявляют сочленения в этом переходе, что приводит к почти вертикальному расположению листьев. В идеале листья должны быть более вертикальными, но слишком вертикальное расположение вредит перехвату света.
Здесь был применён другой подход: подавление генов liguleless для достижения менее выраженного фенотипа. Их использовали в полевых условиях для проверки гипотезы о том, что в рамках одного генетического фона такое подавление значительно увеличит проникновение света в полог, фотосинтез, производство биомассы и урожайность зерна без увеличения расхода воды.
Для создания сорго с уменьшенными углами листьев в зерновом генотипе RTx430 был собран пин-элемент в бинарный вектор и введён в сорго. Полученные события сорго, несущие этот пин-элемент, были охарактеризованы на молекулярном и фенотипическом уровне в условиях теплицы. Три ведущих независимых события были отобраны за вертикальное расположение листьев и использованы для повторных полевых испытаний на 4-рядковых делянках в течение двух вегетационных периодов.
Полученные трансгенные события, несущие пин-элемент, не развивали язычки и имели уменьшенные углы листьев по отношению к вертикали, но менее вертикальные, чем у нулевых мутаций. В полевых условиях делянки, засеянные этими событиями, показали увеличение фотосинтеза на нижних уровнях полога, увеличение биомассы побегов и урожайности семян без увеличения расхода воды.
Опубликовано в журнале Plant Biotechnology Journal это исследование предоставило доказательство концепции ценности биоинженерии угла листьев сорго для увеличения фотосинтетического поглощения углерода, производства биомассы и урожайности без дополнительной траты почвенной влаги. Эти результаты являются важным шагом в цикле проектирования, создания, тестирования и обучения для создания идеотипа сорго «умный полог», демонстрируя измеренное увеличение угла расположения листьев как средство устойчивого повышения урожайности зерна и биомассы для биоэкономики.
Предоставлено Университетом Иллинойса в Урбане-Шампейне.