Zagadka barwy kwiatów grochu Mendla rozwikłana

Grzegorz Mendel, XIX-wieczny augustiański zakonnik i badacz, uznawany za ojca współczesnej genetyki, wykorzystał gen, odpowiadający za barwę kwiatu grochu, do badania zasady dziedziczenia poszczególnych cech u tej rośliny. Od tamtej pory naukowcy usiłowali zrozumieć, jak właśc...

Grzegorz Mendel, XIX-wieczny augustiański zakonnik i badacz, uznawany za ojca współczesnej genetyki, wykorzystał gen, odpowiadający za barwę kwiatu grochu, do badania zasady dziedziczenia poszczególnych cech u tej rośliny. Od tamtej pory naukowcy usiłowali zrozumieć, jak właściwie odbywa się przekazywanie poszczególnych cech. W ostatnim czasie jednak pewnemu zespołowi badaczy, finansowanemu ze środków UE, udało się rozwikłać zagadkę jednego z najlepiej znanych w środowisku naukowym eksperymentów biologicznych. Najnowsze badania zespołu, współfinansowane z budżetu projektu GRAIN LEGUMES ("Nowe strategie na rzecz poprawy wartości nasion roślin strączkowych w żywieniu ludzi i zwierząt"), który uzyskał blisko 15 mln euro w ramach obszaru tematycznego "Jakość i bezpieczeństwo żywności" 6. Programu Ramowego UE (6PR), rzuca nowe światło na zagadnienia genetyki molekularnej leżące u podstaw eksperymentu Mendla.

Naukowcy, pod przewodnictwem brytyjskiego ośrodka badawczego John Innes Centre (JIC), porównali sekwencje DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego) grochu z sekwencjami należącymi do innych dobrze scharakteryzowanych roślin, określając geny odpowiadające za barwę kwiatu grochu.

"Sukces zawdzięczamy wspólnym staraniom. Gdyby nie udział wszystkich tych osób, a zwłaszcza zaangażowanie Rogera [dr Roger Hellens, kierownik Pracowni Genomiki w Instytucie Roślin i Żywności (Plant and Food Research) w Nowej Zelandii], dla którego rozwikłanie tej zagadki stanowiło wyzwanie od lat, nie doszłoby do tego", powiedział profesor Noel Ellis z Wydziału Genetyki Upraw ośrodka JIC.

Fioletowa barwa kwiatów dzikiego grochu i kwiatów wielu innych roślin wynika z nagromadzenia cząsteczek pigmentu zwanych antocyjanami. Biochemią ich wytwarzania zajmowano się przez wiele lat. Badanie, opublikowane w czasopiśmie PLoS ONE, opisuje dwa geny grochu, znane jako A i A2, które regulują produkcję antocyjan.

"Poprzez porównanie sekwencji DNA grochu z sekwencjami należącymi do innych dobrze scharakteryzowanych roślin, takich jak petunia, ustaliliśmy, że gen badany przez Mendla to czynnik transkrypcyjny kontrolujący ścieżkę biosyntezy antocyjanu", wyjaśnił dr Roger Hellens. "Czynnik transkrypcyjny, po zmutowaniu, staje się nieaktywny, a wówczas antocyjan nie jest wytwarzany, czego wynikiem są białe kwiaty".

Do badań wykorzystano blisko 3 500 linii grochu. Zbiór przechowywany w ośrodku JIC obejmuje materiał pochodzący ze źródeł dzikich, hodowlanych i częściowo hodowlanych, przy czym niektóre linie pochodzą aż z XIX wieku.

"Wykorzystaliśmy informacje z naszego poprzedniego genotypowania plazmy zarodkowej grochu z zasobów ośrodka JIC w celu zidentyfikowania linii egzotycznych, przy założeniu, że prawdopodobieństwo wystąpienia rzadkich alleli genu Mendla w tych liniach będzie najwyższe", powiedział profesor Ellis. "Znalezienie rzadkiego drugiego allela było istotne w celu niezależnego potwierdzenia odrębności genu".

Ellis wyjaśnił, że był to "czwarty z siedmiu genów Mendla do scharakteryzowania na poziomie molekularnym: a także drugi, w badania nad którym zaangażowany był ośrodek JIC".

A zatem jaki jest kolejny krok badaczy? Ośrodek JIC koncentruje się teraz w szczególności na kolekcji plazmy zarodkowej w poszukiwaniu genów i cech, które dałoby się wykorzystać do zwiększenia plenności lub jakości nasion grochu. Groch ma zdolność wiązania azotu z powietrza poprzez symbiotyczny związek z bakteriami zasiedlającymi brodawki korzeniowe rośliny. Dzięki temu jest mniej zależny od dodatku nawozów azotowych, które odpowiadają za większą część kosztów gospodarczych i środowiskowych związanych z rolnictwem, ponieważ wymagają wysokich nakładów energii do produkcji. Ponadto ich zastosowanie jest głównym źródłem podtlenku azotu, silnego gazu cieplarnianego, który wraz z dwutlenkiem węgla i innymi gazami uznawany jest za jedną z przyczyn globalnego ocieplenia w wyniku działań człowieka.

Zgodnie z opinią naukowców zwiększona produkcja grochu i innych roślin strączkowych to dobry sposób na zapewnienie przyszłego bezpieczeństwa żywnościowego przy niskich kosztach środowiskowych.

Badania zrealizowano przy współpracy badaczy roślin z Rady Badań Biologicznych i Biotechnologicznych (BBSRC) w Wielkiej Brytanii, z Instytutu Roślin i Żywności (Plant and Food Research) w Nowej Zelandii, grupy badawczej L'Unité de Recherche en Génomique Végétale (URGV) we Francji oraz Wydziału Badań nad Rolnictwem (Agricultural Research Services) Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA).

Kraje

Francja, Nowa Zelandia, Zjednoczone Królestwo, Stany Zjednoczone