Wprowadzenie zróżnicowania genetycznego w uprawach ryżu w celu ochrony przed zmianą klimatu i inwazją szkodników
Wzrost temperatury na świecie w ciągu ostatnich 50 lat zwiększył poziom zasolenia, szczególnie na obszarach przybrzeżnych, gdzie zjawisko to spowodowane jest podniesieniem się poziomu morza i niedoborem wody. Zasolenie wpływa na wzrost i rozmnażanie się roślin, negatywnie oddziałując na produkcję ziaren ryżu. Jednocześnie unieszkodliwianie z użyciem wody morskiej stało się najbardziej skuteczną metodą zwalczania ślimaka błotnego z rodzaju Pomacea, który zjada nasiona i sadzonki ryżu na polach ryżowych, powodując straty rzędu dziesiątek miliardów euro rocznie.
Wprowadzanie zróżnicowania genetycznego w uprawach ryżu
Aby przeciwdziałać negatywnemu wpływowi unieszkodliwiania ślimaka błotnego z użyciem wody morskiej, a także złagodzić skutki zasolenia wody spowodowane zmianą klimatu, naukowcy pracujący w ramach współfinansowanego ze środków UE projektu NEURICE opracowali komercyjne odmiany ryżu. „Naszym celem było uzyskanie odmian ryżu odpornych na stres abiotyczny (zasolenie) i stres biotyczny (ślimak błotny)”, wyjaśnia koordynator projektu, Salvador Nogués Mestres. Projekt NEURICE zgromadził ekspertów z różnych dziedzin naukowych, takich jak biotechnologia, fizjologia roślin, rolnictwo i rozwój rolnictwa, elektrofizjologia oraz sygnalizacja komórkowa. Partnerzy wyselekcjonowali marker tolerancji na sól o nazwie Saltol z tradycyjnej indyjskiej odmiany ryżu, Pokkali, która uważana jest za jedną z najbardziej odpornych na sól. Następnie kilkakrotnie skrzyżowali ją z najlepszymi hiszpańskimi, francuskimi i włoskimi szczepami ryżu, wybierając te rośliny potomne, które zachowały region genomowy tolerancji na sól. Jest to strategia niewymagająca modyfikacji genetycznej zwana introgresją. Tolerancję na zasolenie roślin potomnych sprawdzono w testach hydroponicznych w kontrolowanych warunkach szklarniowych. Jednocześnie naukowcy zbadali kluczowe mechanizmy związane z kontrolą tolerancji na zasolenie na poziomie cząsteczek, komórek i całych roślin oraz wysekwencjonowali setki odmian ryżu, aby znaleźć nowe geny związane z tolerancją na sól. „Introgresja markera w ciągu zaledwie dwóch lat jest bardzo trudna i, o ile wiemy, opracowaliśmy najszybszy protokół hodowli krzyżówki wstecznej w historii”, podkreśla Nogués. Naukowcy przeanalizowali ponad 70 markerów DNA w każdym pokoleniu, aby wybrać pojedyncze rośliny o najwyższym odsetku genomu odmian europejskich przy jednoczesnym zachowaniu azjatyckich alleli odporności na sól. Ponadto przełomowa metoda szybkiego rozmnażania, w tym technika ratowania zarodków in vitro, zmusiła niedojrzałe zarodki ryżu do wykiełkowania miesiąc wcześniej i umożliwiła trzy zbiory w roku. W ten sposób naukowcy z powodzeniem wprowadzili region chromosomalny, szybko rozmnażając zarodki bez użycia technologii transgenicznych. Co ważne, opracowane przez nich odmiany ryżu zachowały cechy wymagane dla regionalnego środowiska naturalnego. Odporne na sól europejskie odmiany ryżu zostaną wprowadzone na rynek wiosną 2021 roku.
Przyszłość odmian ryżu odpornych na sól
Biorąc pod uwagę, że Europa produkuje dwie trzecie spożywanego ryżu w ilości przekraczającej trzy miliony ton rocznie, utrzymanie zdrowia upraw ryżu ma ogromne znaczenie dla rolnictwa i bezpieczeństwa żywnościowego. Naukowcy odkryli nowe geny i allele, które można teraz wykorzystać w celu lepszego dostosowania europejskich odmian ryżu do nowych warunków narzuconych przez zmianę klimatu, takich jak większe zasolenie, wyższe temperatury i mniejsza dostępność wody. Jak mówi Nogués: „Najważniejszym osiągnięciem projektu było zwiększenie świadomości europejskich rolników na temat ślimaka błotnego i tego, jak uniknąć jego rozprzestrzeniania się na głównych europejskich obszarach produkcji ryżu”. Wprowadzenie nowych europejskich odmian ryżu odpornych na sól może doprowadzić do wyeliminowania ślimaka błotnego w całej Europie poprzez unieszkodliwianie z użyciem wody morskiej. Będzie to miało pozytywny wpływ na środowisko, społeczeństwo i gospodarkę bez konieczności korzystania z mniej skutecznych i wysoce zanieczyszczających metod chemicznych. Zdobyta podczas projektu NEURICE wiedza ekspercka w zakresie produkcji nowych odmian ryżu odpornych na sól, odkrycie nowych genów tolerancji soli, jak również nowe odmiany jako takie zostaną wykorzystane w europejskich uprawach i przetwórstwie ryżu. W połączeniu z udoskonalonymi praktykami zarządzania, takimi jak racjonalne zużycie wody i wdrożenie systemów zdalnego monitorowania zasolenia, znacznie unowocześni to uprawę ryżu.
Słowa kluczowe
NEURICE, ryż, zasolenie, unieszkodliwianie z użyciem wody morskiej, ślimak błotny, zróżnicowanie genetyczne, tolerancja na sól, introgresja
