Ett internationellt team använder avancerade verktyg för att utveckla grödor som ger bönder fler alternativ för att hållbart producera mer mat på mindre mark. Att göra detta, tusentals växtprototyper måste analyseras noggrant för att ta reda på vilka genetiska justeringar som fungerar bäst. I dag, i ett specialnummer av tidskriften Fjärranalys av miljön , Forskare har visat att en ny teknik snabbare kan skanna ett helt fält av växter för att fånga förbättringar i deras naturliga förmåga att skörda energi från solen.

"Denna metod låter oss mäta förbättringar vi har konstruerat i en växts fotosyntesmaskineri på cirka tio sekunder, jämfört med den traditionella metoden som tar 30 minuter, " Katherine Meacham-Hensold, en postdoktor vid University of Illinois, som ledde detta arbete för ett forskningsprojekt som heter Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE). "Det är ett stort framsteg eftersom det gör det möjligt för vårt team att analysera en enorm mängd genetiskt material för att effektivt lokalisera egenskaper som avsevärt kan förbättra grödans prestanda."

MOGEN, som leds av Illinois, utvecklar grödor för att bli mer produktiva genom att förbättra fotosyntesen, den naturliga processen som alla växter använder för att omvandla solljus till energi och skörd. RIPE stöds av Bill &Melinda Gates Foundation, U.S. Foundation for Food and Agriculture Research (FFAR), och den brittiska regeringens departement för internationell utveckling (DFID).

Den traditionella metoden för att bedöma fotosyntes analyserar utbytet av gaser genom bladet; det ger en enorm mängd information, men det tar 30 minuter att mäta varje blad. En snabbare, eller "high-throughput"-metod, kallas spektralanalys, analyserar ljuset som reflekteras tillbaka från löv för att förutsäga fotosynteskapacitet på så lite som 10 sekunder.

"Frågan vi vill besvara är:kan vi tillämpa spektrala tekniker för att förutsäga fotosynteskapacitet när vi genetiskt har förändrat fotosyntesmaskineriet, " sa RIPEs forskningsledare Carl Bernacchi, en vetenskapsman vid det amerikanska jordbruksdepartementet, Jordbruksforskningstjänst, som är baserad på Illinois' Carl R. Woese Institute for Genomic Biology. "Innan denna studie, vi visste inte om en förändring av växtens fotosyntesvägar skulle förändra signalen som detekteras av spektrala mätningar."

Även om de kan bevisa att denna metod kan användas för att screena grödor som har konstruerats för att förbättra fotosyntesen, forskare har inte avslöjat vad spektralanalys mäter exakt. "Spektralanalys kräver specialbyggda modeller för att översätta spektraldata till mätningar av fotosyntetisk kapacitet som måste återskapas varje år, " Sa Meacham. "Vår nästa utmaning är att ta reda på vad vi mäter så att vi kan bygga prediktiva modeller som kan användas år efter år för att jämföra resultat över tid."

"Medan det fortfarande finns hinder framför oss, spektralanalys är en spelförändrande teknik som kan användas för att bedöma en mängd olika fotosyntetiska förbättringar för att peka ut de förändringar som med största sannolikhet kommer att väsentligt, och hållbart, öka skörden, " sa RIPEs verkställande kommittémedlem Christine Raines, en professor i växtmolekylär fysiologi vid University of Essex, vars konstruerade grödor analyserades med tekniken. "Dessa verktyg kan hjälpa oss att påskynda våra ansträngningar att utveckla högavkastande grödor för bönder som arbetar för att hjälpa världen att föda."