Tworzenie roślin uprawnych zwanych hybrydowymi w kilku ostatnich dekadach przyczyniło się do wzrostu zbiorów na całym świecie. Przypominają o tym naukowcy - autorzy publikacji w piśmie „Molecular Plant”. Rośliny takie, jak tłumaczą, powstawały przez krzyżowanie dwóch genetycznie różnych odmian, co powodowało u nich wyższą odporność na choroby i dawało większe zbiory.

„Obecne metody tworzenia hybryd wymagają jednak dużo czasu i pracy” - podkreśla jeden z autorów publikacji Chuanxiao Xie.

Pierwszy krok w kierunku tworzenia takich odmian polega na znalezieniu lub stworzeniu rośliny z posiadającej mutację, dzięki której nie będzie produkowała pyłków. Pozwoli to zapobiec samozapylaniu. Jednak potomstwo tej rośliny musi produkować normalne pyłki, aby mogło się rozmnażać. Naukowcy zwykle krzyżują więc sterylną roślinę z płodną, aby przywrócić powstającej hybrydzie możliwość rozmnażania.

Takie podejście narzuca jednak duże ograniczenia dotyczące wykorzystywanych roślin. Samo zaś utworzenie sterylnych i płodnych odmian zajmuje często lata.

Teraz badacze z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych znaleźli sposób, który ma skrócić ten czas aż o 5-10 lat. Wykorzystali oni przełomową metodę manipulacji genetycznej CRISPR/Cas9.

„Wspomniane ograniczenia sprawiły, że obecne metody nie są szerzej stosowane w komercyjnych uprawach. Jednak nasz nowy system oparty na CRISPR/Cas9 może znacznie ułatwić cały proces. Teraz wystarczy pojedyncza transformacja” - wyjaśnia dr Chuanxiao Xie.

Badacze opracowali system, który w obecnej postaci celuje w gen MS26 odpowiedzialny za płodność m.in. kukurydzy. Jeden z tzw. wektorów tego systemu wycina kawałek tego genu, przez co kukurydza staje się niepłodna. Tymczasem drugi wektor (MGM) zawiera m.in. gen przywracający płodność oraz gen powodujący czerwone zabarwienie, który pozwala rozpoznać zawierające go nasiona.

Z pomocą specjalnych bakterii naukowcy zmodyfikowali tymi wektorami kukurydzę. Jej komórki, podobnie jak wielu innych organizmów, noszą zawsze dwie kopie każdego genu. W tym przypadku niosą więc dwie zmutowane, „niepłodne” wersje M26 oraz jedną kopię genu MGM, przywracającego płodność.

Kiedy te rośliny są następnie ze sobą krzyżowane, wytwarzają dwa rodzaje potomstwa. Połowa ma zmutowany gen M26 oraz zawiera dający płodność wektor MGM, a połowa ma zmutowany gen M26, ale nie posiada dodatkowego wektora. Ta druga grupa - jako niepłodna - może więc być wykorzystana jako rodzic do tworzenia roślin hybrydowych. Ponieważ rośliny te nie zawierają dodatkowego genu, nie można ich przy tym uznać za transgeniczne.

Z kolei rośliny z wektorem MGM są płodne, a na dodatek takie same, jak ich rośliny macierzyste. Można więc je swobodnie rozmnażać, aby utrzymywać ich populację i tworzyć z nich kolejne niepłodne rośliny.

„Nasz system znacząco redukuje zasoby potrzebne do tworzenia stabilnych linii tworzenia nasion hybrydowych. Zatem nakłady i ceny nasion będą dużo niższe” - twierdzi dr Xie.

Co ważne, oprócz kukurydzy, także wiele innych uprawnych roślin ma w komórkach gen M26, więc także będzie je można w podobny sposób zmieniać. Można tu wymieć ryż, proso, sorgo i pszenicę. Możliwa też powinna być modyfikacja roślin z innymi genami płodności.

„Mamy już technologię i nie znajdujemy się daleko od zastosowań na dużą skalę. Musimy jednak przejść przez odpowiednią procedurę, zanim system zostanie zatwierdzony do komercyjnego wykorzystania” - zaznacza dr Xie.

Więcej informacji na stronie https://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2020.06.003 (PAP)

(linki do sprawdzenia)

mat/ zan/