Nowy sposób modyfikacji genetycznej upraw zapobiega zanieczyszczeniu krzyżowemu

Stale poszukujemy zrównoważonego i skutecznego sposobu wykarmienia rosnącej populacji świata. Według prognoz Wydziału ONZ ds. ludności opublikowanych w 2017 roku, do 2055 roku na świecie będzie żyć 10 miliardów ludzi. Jednocześnie stale walczymy także z problemami takimi jak erozja gruntów przez morza, pustynnienie oraz degradacja gleb. Rozwiązaniem tych problemów może być modyfikowanie genetyczne roślin uprawnych, jednak przydatne cechy są najczęściej poligeniczne i dotyczą przede wszystkim roślin rozmnażających się poprzez zapylanie. Ten sposób rozmnażania dotyczy większości roślin uprawnych i właśnie z tego powodu główny problem stanowi możliwość zapylenia krzyżowego pomiędzy zmodyfikowanymi i niezmodyfikowanymi roślinami.

„Jeśli dana roślina może rozmnażać się bez pyłku, uprawa może obejmować transgeniczne i apomiktyczne rośliny płci męskiej pozbawione możliwości rozmnażania, niewytwarzające także pyłku, który mógłby trafić na organiczne pola”, wyjaśnia prof. Emidio Albertini z Uniwersytetu w Perugii, główny badacz wspieranego przez Unię Europejską projektu PROCROP.

„Introgresja apomiksji do gatunków uprawnych z gatunków dzikich, a także transformacja genotypów płciowych na genotypy apomiktyczne stanowią od wielu lat cele hodowli roślin”, wyjaśnia naukowiec.

W tradycyjnej hodowli niektóre genotypy są wybierane na podstawie selekcji fenotypowej. Następnie prowadzi się badania w celu sprawdzenia możliwości ich połączenia i ich wykorzystania w roli linii macierzystych w celu stworzenia heterotycznych nasion hybrydowych F1, posiadających lepsze lub wyższe cechy ilościowe lub wartości fenotypowe względem linii macierzystej.

Następnie wybierane są najlepsze linie wsobne, rozmnażane na odizolowanych polach i krzyżowane w parach w celu uzyskania jednolitych, żywotnych i wysokowydajnych hybryd F1. System ten wymaga jednak wielu działań – dwie linie wsobne muszą być utrzymane w całkowitej czystości, a także rozmnażane na osobnych polach.

Następnie, aby umożliwić uzyskanie nasion hybrydowych, konieczne jest utworzenie specjalnego pola, na którym jedna czwarta roślin jest wykorzystywana do zapylania (w roli dawców pyłku), natomiast hybrydowe nasiona F1 są zbierane z pozostałych roślin.

Niemożliwe jest także ponowne wykorzystanie nasion zebranych z roślin hybrydowych F1, ponieważ to spowoduje powstanie bardzo zróżnicowanych populacji z powodu segregacji genetycznej i rekombinacji.

„Wykorzystanie roślin apomiktycznych, rozmnażających się bezpłciowo i bez zapłodnienia, znacząco upraszcza sytuację. Po wyborze najlepszych linii wsobnych, które zostaną wykorzystane w roli linii macierzystych, możliwe jest ich krzyżowanie z liniami klonalnymi, będącymi dawcami pyłku zawierającego gen apomiksji, co pozwoli na uzyskanie nasion hybrydowych F1 o wysoce heterozygotycznym genotypie. Od tego momentu każda linia hybrydowa F1 może być utrzymywana przez kilka pokoleń, a jednocześnie zapewniona jest niezmienność cech”, mówi prof. Albertini.

Jak wyjaśnia naukowiec, hodowcy wierzą, że wprowadzenie apomiksji do roślin uprawnych będzie stanowiło przełom w sektorze rolnictwa. Zagwarantowanie stałości cech nasion hybrydowych dzięki apomiksji jest niezwykle pożądane zarówno przez hodowców, jak i przez rolników i z dużym prawdopodobieństwem będzie stanowiło rewolucję w zakresie produkcji żywności oraz w sektorze rolniczym.

„Wpływ upraw apomiktycznych na rolnictwo byłby porównywalny, jeśli nie większy, do skutków zielonej rewolucji, w szczególności w krajach trzeciego świata. Z obecnych szacunków wynika, że wykorzystanie apomiksji wyłącznie w produkcji hybrydowego ryżu może przynieść korzyści przekraczające 1,8 miliarda euro rocznie”.

Technologia apomiksji może również przynieść korzyści w przypadku roślin uprawnych rozmnażanych klonalnie, takich jak mango. Plony roślin klonalnych ograniczają patogeny (głównie wirusowe i endofityczne), które gromadzą się w kolejnych pokoleniach powstałych z rozmnażania wegetatywnego i poważnie ograniczają zarówno ilość uzyskiwanych plonów, jak i proces wymiany zasobów genowych pomiędzy państwami.

„Wykorzystanie technologii apomiksji w tych uprawach stanowiłoby dodatkową możliwość i przyniosłoby korzyści w zakresie rozmnażania przez klonalne nasiona, co pozwoliłoby na otrzymywanie wolnego od chorób materiału genetycznego, umożliwiającego łatwiejsze przechowywanie i transport”, wyjaśnia prof. Albertini.

Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z programu „Maria Skłodowska-Curie”. Zespół nadal prowadzi współpracę w celu poszerzenia wiedzy na temat kontroli genetycznej apomiksji, naukowcy przedstawili także kolejny projekt mający na celu rozwinięcie rezultatów projektu PROCROP.