Biotechnologiczne techniki hodowli zwiększają modyfikacje kolorystyczne roślin ozdobnych
Flawonoidy to organiczne związki roślinne pełniące szereg ważnych funkcji fizjologicznych powiązanych z przetrwaniem i sukcesem reprodukcyjnym. Są to najważniejsze pigmenty roślinne odpowiadające za wytwarzanie kolorów, których celem jest przyciąganie zapylaczy. Kolor rośliny jest istotny również dla ogrodników, jako że wpływa na decyzję konsumentów dotyczącą kupna danego egzemplarza. Żywe kolory są kluczowe w przypadku roślin ozdobnych, zaś czerwona skórka i kolor miąższu owoców są coraz częściej postrzegane jako wskaźniki zawartości składników prozdrowotnych. Projekt FLOWERPOWER, wspierany w ramach programu działania „Maria Skłodowska-Curie”, ma na celu lepsze zrozumienie flawonoidów oraz ich roli w pigmentacji, aby zwiększyć zakres opcji hodowców w zakresie większej różnorodności kolorystycznej. Naukowcy, zainspirowani niedawnym odkryciem nowych flawonoidów w gwieździe betlejemskiej, zastosowali techniki hodowli oparte na genetyce, biochemii roślin, biologii molekularnej roślin, analityce i bioinformatyce. „Wypełnienie ważnych luk w wiedzy w odniesieniu do biosyntezy flawonoidów może przyczynić się do przyszłych postępów biotechnologicznych w hodowli roślin”, opowiada Heidi Halbwirth, koordynatorka projektu FLOWERPOWER pracująca na austriackiej Politechnice Wiedeńskiej (TU Wien). W ramach projektu opracowano jedno zgłoszenie patentowe oraz dwie prototypowe rośliny o nowatorskiej aktywności enzymów lub kolorystyce. Wyniki projektu opisano również w ośmiu artykułach publikowanych w recenzowanych czasopismach naukowych. Dodatkowo udostępniono 165 transkryptomów na potrzeby badań naukowych.
Szlak flawanoidowy
Dla zespołu realizującego projekt FLOWERPOWER istnienie białych liści gwiazdy betlejemskiej, zwanych przylistkami, było zaskakujące z naukowego punktu widzenia. „To, że nie dało się ich koloru wytłumaczyć zwykłym brakiem jednego z genów strukturalnych, wskazywało na ogólny problem natury naukowej. Zrozumienie tego może pomóc hodowcom przyspieszyć proces hodowli”, dodaje Halbwirth. Aby zbadać szlak flawonoidowy odpowiadający za tworzenie się pigmentu w gwieździe betlejemskiej, przeanalizowano szczegółowo profile chemiczne czerwonych i białych przylistków, stosując różne metody analityczne. Metody te obejmowały wysokosprawną chromatografię cieczową, metabolomikę protonową opartą na jądrowym rezonansie magnetycznym oraz chromatografię cieczową i spektrometrię mas. Wybrane geny wyizolowano z 38 próbek pobranych z gwiazdy betlejemskiej. Z kolei instrukcje biochemiczne dla stworzenia rzadkiego ubarwienia pomarańczowy-czerwony odkryto, stosując analizę sekwencjonowania RNA. Opisując regulację szlaków biorących udział w przemianie zielonych liści w te kolorowe przylistki, poznano instrukcje uzyskiwania odmiennego ubarwienia. „Pomogło nam to wreszcie wyjaśnić »paradoks białej gwiazdy betlejemskiej« – dlaczego istnieją białe odmiany, skoro ekspresja genów i cała aktywność enzymów biorąca udział w wytwarzaniu czerwonych pigmentów sugerują, że czerwony kolor przylistków powinien być z góry określony”, wyjaśnia Halbwirth.
Dla nowej generacji hodowców
Wykorzystując edycję genomu metodą CRISPR/Cas9, zespół stworzył pierwsze gwiazdy betlejemskie z edytowanym genomem, w rzadkim i coraz powszechniej poszukiwanym kolorze pomarańczowym. Te pomarańczowe prototypy zostaną wykorzystane w późniejszych programach hodowlanych. Badacze wykorzystali również podejście transgeniczne, aby opracować techniki hodowli niebieskich gwiazd betlejemskich, tak popularnych wśród hodowców komercyjnych. Dodatkowo nowe podejścia do hodowli pomogły zidentyfikować nowy gen biorący udział w tworzeniu się żółtych flawonoli, ujawniając znaczenie genów dla określenia pigmentów odpowiedzialnych za kolor żółty. „Nasze biotechnologiczne metody badań nad hodowlą roślin będą wspierać innowacje, co zapewnia ekscytujące alternatywy dla tradycyjnych dojnych krów, na czym skorzystają zarówno klienci, jak i ogrodnictwo jako takie”, mówi Halbwirth.
Słowa kluczowe
FLOWERPOWER, hodowla, ogrodnictwo, liście, gwiazdy betlejemskie, biotechnologia, geny, ubarwienie, pigmenty, flawonoidy, rośliny, CRISPR-Cas9
