Sorgo, ryż, pszenica, kukurydza i jęczmień są niezwykle ważne w ludzkim odżywianiu stanowiąc ponad 50 procent wszystkich skonsumowanych kalorii dzięki kilku kluczowym roślinom zbożowym. Obecnie naukowcy łączą nowoczesne edytowanie genomu ze spojrzeniem w przeszłość, żeby ulepszyć te tak ważne rośliny.
Zanim zajęły centralne miejsce w naszej diecie te organizmy niezbyt różniły się od traktowanych jak chwasty traw, których ogrodnicy i rolnicy pozbywają się ze swoich ogrodów i pól.
Aby uczynić je jadalnymi, ich dzikich przodków poddano procesowi znanemu jako udomowienie. Ludzie wybierali odmiany tych gatunków ze względu na przydatne cechy, takie jak większe i liczniejsze ziarna i utrata mechanizmu rozsiewania, żeby cenne ziarna nie spadały na ziemię przed zbiorami.
Proces udomowienia prowadzony przez wczesnych rolników, by otrzymać solidne odmiany, doprowadził do olbrzymiej zmiany wydajności roślin. Wielka zmiana w genomie leży u podstaw znaczącego przekształcenia, jakie widzimy w przejściu od chwastów-przodków do udomowionych roślin uprawnych.
Badacze mogą teraz badać geny, które zostały dobrane w procesie udomowiania, przez porównywanie genomów dzikich przodków z genomami nowoczesnych odmian. Następnie, przez porównanie zestawu genów dobranych podczas udomowiania z jednego etapu do drugiego, badacze są w stanie zdobyć solidniejsze zrozumienie tego procesu, co może posłużyć do dalszego ulepszania rośliny.
W niedawnym badaniu opublikowanym w “Science” naukowcy porównywali geny ważne dla udomowienia w ryżu i kukurydzy. W tym badaniu udało im się zidentyfikować zestaw 490 genów, które były wspólne w ulepszeniu obu roślin. Jeden gen, znany jako KRN2 (kernel row number 2), okazał się ważny dla ilości ziaren w ryżu i w kukurydzy. Używając edytowania genomu w ryżu i kukurydzy, by spowodować mutacje utraty funkcji w KRN2, otrzymali wzrost plonów od 8 do 10 procent, odpowiednio dla ryżu i kukurydzy. Edytowane rośliny nie wykazywały żadnych niedoborów mimo znacznie wyższych plonów.
Ulepszanie plonów metodą konwencjonalnej hodowli głównych i podstawowych roślin uprawnych zamarło w ostatnich dziesięcioleciach. Zastosowanie nowoczesnych metod do tworzenia roślin uprawnych o znacznie wyższej plenności jest więc niesłychanym przełomem. Co więcej, geny zidentyfikowane przez badanie dzikich przodków wielu gatunków roślin uprawnych mogą służyć jako obiecujące cele ulepszania wydajności tych roślin przez edytowanie genomu lub inne nowoczesne metody.
Zrozumienie, jak dzicy przodkowie roślin, które zostały udomowione w rośliny karmiące dzisiaj globalną populację, dało lepsze rozumienie dodatkowych sposobów, na jakie te rośliny mogą być jeszcze bardziej ulepszone. Edytowanie jednego genu z listy genów zidentyfikowanych w tych badaniach, pozwoliło na usunięcie jego funkcji w ryżu i kukurydzy, i otrzymano rośliny o dużo większej wydajności. Użycie tego samego podejścia do innych genów w ryżu, kukurydzy i wielu innych podstawowych roślinach uprawnych może w podobny sposób dać rośliny o większej plenności lub cechach, które są ważne, by sprostać żądaniom wobec globalnego systemu produkcji żywności.
Modern crop improvement takes a historical approach
Alliance for Science, 7 kwietnia 2022
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Nicholas Karavolias Doktorant na wydziale mikrobiologii w Berkeley, USA.
