Как сообщает Служба сельскохозяйственных исследований Минсельхоза США (ARS USDA), тополя становятся все более популярными среди фермеров благодаря многообразию их применения и простоте выращивания. Дерево очень быстро растет – до 4 метров в год – и может выращиваться на малопригодных для земледелия землях, включая деградированные, заброшенные горнодобывающие участки. Для фермеров и землеустроителей они отлично подходят для создания оград, а их широкие листья дают большое количество биомассы, которую можно превратить в дополнительный источник дохода. Помимо пиломатериалов, древесина может перерабатываться в бумагу, упаковку и другие волокнистые продукты, а биомасса может выращиваться для различных целей, включая сырье, биотопливо, биопродукты и биопластики.

К сожалению, отмечают исследователи, дикие тополя вырастают высокими и имеют широкие ветви, конкурируя с окружающими деревьями за свет, что ограничивает плотность посадки и приводит к снижению полезной биомассы на гектар. Это также затрудняет уход за деревом и его сбор, увеличивая трудозатраты. 

Исследователи ARS USDA и их коллеги из Университета Джорджии при финансовой поддержке Министерства энергетики США объединили усилия для выведения новых гибридных сортов тополя.

«Наша цель — разработать сорта тополей, которые можно выращивать более плотно — почти как кукурузное поле, которые дают больше биомассы с акра и которые легче перерабатывать, — сказал Крис Дардик, ведущий научный сотрудник Аппалачской научно-исследовательской станции плодоводства ARS USDA в Западной Вирджинии. — Что особенно важно, эти компактные деревья можно собирать с короткими циклами выращивания, используя стандартную сельхозтехнику, а не специализированное лесозаготовительное оборудование, что значительно снижает затраты на рабочую силу».

В традиционной селекции древесных культур, таких как тополь, ива и сосна, акцент делался на биомассе, качестве древесины и устойчивости к воздействию окружающей среды. Исследователи, напротив, сосредоточились на архитектуре растений и распределении биомассы как на взаимодополняющих целях для повышения урожайности и других улучшений. 

«Примененные нами передовые методы редактирования генов представляют собой кардинальное изменение подхода к выращиванию древесных культур, — сказал Си Джей Цай, профессор Университета Джорджии. — Мы не просто отбираем лучшие деревья; мы целенаправленно проектируем их формы и размеры для решения реальных сельскохозяйственных задач и проблем в цепочке поставок». 

Наиболее перспективными оказались более низкорослые, кустистые тополя, которые более эффективно улавливают солнечный свет благодаря более густой кроне, что позволяет фермерам сажать ряды ближе друг к другу и значительно увеличивать урожайность биомассы с акра без расширения площади обрабатываемых земель. 

«При выращивании деревьев основная статья расходов — это рабочая сила, составляющая до 70% от общих производственных затрат, — сказал Дардик. — Мы можем адаптировать эти тополя практически к любой автоматизированной производственной системе, что значительно снизит затраты на рабочую силу».

Исследователи изменили форму ветвей и угол наклона листьев, что не только помогло снизить производственные затраты, но и улучшило фотосинтез листьев. В результате, исследования на фермах показали, что компактные деревья могут увеличить биомассу листьев на целых 500% на акр.