Czy kształt i wysokość roślin są zapisane w genach? Kształt i wysokość roślin przekłada się w dużym stopniu na wydajność plonów. Powstaje ważne pytanie – czy można wpływać na te właściwości i cechy roślin dzięki manipulacji genetycznej? Dwóch naukowców podjęło próbę odpowiedzi na to pytanie. Żywność i zasoby naturalne © Robert Sablowski Wysokość rośliny przekłada się w znaczącym stopniu na wydajność plonów. Dlaczego? To proste – ze względu na to, że wyższe rośliny są w większym stopniu narażone na wiatr i deszcz, są też bardziej zagrożone przewróceniem w wyniku ich działania. Gdy to nastąpi, można zapomnieć o plonach. Aby zminimalizować to ryzyko, naukowcy stworzyli niższe rośliny, wprowadzając zmiany w grupie genów nazywanych DELLA. Choć mutacje w obrębie tych grup doprowadziły do wzrostu wydajności i plonów, przyniosły też szereg niepożądanych skutków ubocznych, takich jak zwiększona wrażliwość na suszę w okresie kiełkowania nasion. „Potrzebujemy lepiej zrozumieć działanie genów kontrolujących wysokość roślin”, twierdzi Rafael Garcia Tavares, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”, zatrudniony w John Innes Centre – międzynarodowym centrum doskonałości w dziedzinie nauk o roślinach, genetyki i mikrobiologii. „Taka wiedza pozwoliłaby nam stworzyć nowatorskie i bardziej precyzyjne sposoby poprawy kształtów roślin uprawnych”, dodaje Robert Sablowski, który kieruje Wydziałem Biologii Komórkowej i Rozwojowej tej jednostki. Dzięki finansowanemu ze środków Unii Europejskiej projektowi SOS-CROPS, zarówno Tavares, jak i Sablowski mogą pracować nad rozwojem tej wiedzy. Projekt koncentrował się na genie ATH1, który odpowiada za kontrolę długości łodygi w modelowej roślinie – rzodkiewniku pospolitym (Arabidopsis thaliana), niewielkiej roślinie zielnej z rodziny kapustowatych. „Od początku wiedzieliśmy, że zmieniając czas i miejsce ekspresji tego genu, możemy zahamować wzrost łodygi”, wyjaśnia Tavares. „Celem naszego projektu było dokładne zrozumienie sposobu działania genu ATH1 i zbadanie, czy zmiany w regionie regulacyjnym genu mogą być wykorzystane do modyfikacji wysokości roślin”. Lokalne dostrajanie wysokości Początkowo badacze planowali ograniczać wysokość roślin poprzez modyfikację regionu regulatorowego odpowiedzialnego za gen ATH1. Teoretycznie pozwoliłoby to na zwiększenie jego ekspresji podczas rozwoju łodygi, co pozwoliłoby na uzyskanie niższych roślin oraz uniknięcie skutków ubocznych. Jak to jednak często bywa w badaniach naukowych, nie wszystko poszło zgodnie z planem. „Okazało się, że nasz pomysł nie działa” zauważa Tavares. „To sugerowało, że regulacja genu ATH1 jest bardziej złożona, niż początkowo zakładaliśmy”. Początkowe niepowodzenie nie oznaczało jednak porażki. Zespół wrócił do laboratorium, by tam skupić się na badaniach funkcjonowania ATH1. Jak twierdzi Sablowski, dzięki tej pracy udało im się wyciągnąć wiele cennych wniosków i spostrzeżeń na temat tego, w jaki sposób gen ATH1 wpływa na zmiany kształtu roślin dzięki lokalnym zmianom w reakcji na sygnały środowiskowe. „Narządy roślin wydłużają się w odpowiedzi na światło i sygnały hormonalne. W takich sytuacjach gen ATH1 działa lokalnie, ograniczając i hamując tę reakcję”, twierdzi badacz. „Udało nam się również stwierdzić, że geny ATH1 i DELLA często działają razem i wspólnie ograniczają wysokość łodygi”, dodaje Tavares. „To właśnie połączone działanie obu genów sprawia, że nasz rzodkiewnik ma swój charakterystyczny kształt rozety, a jego liście znajdują się bardzo blisko ziemi – odróżnia się tym od innych kapustowatych, które często charakteryzują się wydłużonym kształtem”. Na podstawie swoich odkryć, Tavares i Sablowski sprawdzają teraz, w jaki sposób zmienność ATH1 mogła przyczynić się do różnorodności obserwowanej w przypadku kapustowatych – rodziny, do której należą kapusta, kalafior i rzepak. Kształtowanie kariery naukowej Badania w ramach projektu przyczyniły się nie tylko do lepszego zrozumienia wpływu genów na wysokość roślin, ale także do rozwoju kariery Tavaresa. „Działanie „Maria Skłodowska-Curie” otworzyło przede mną nowe perspektywy na przyszłość, pozwalając mi na zdobycie cennych umiejętności zawodowych i doświadczeń, które pomogą mi w znalezieniu zatrudnienia jako niezależny badacz”, dodaje naukowiec. Tavares twierdzi, że planuje kontynuować swoje badania nad rozwojem roślin i strukturą pędów. „Moim najważniejszym celem jest postęp naukowy i rozwój technologii roślin, by nasze rolnictwo stawało się bardziej ekologiczne i zrównoważone”, podsumowuje. Słowa kluczowe SOS-CROPS, roślina, plony, rośliny uprawne, geny, DELLA, nauka o roślinach, genetyka, gen ATH1
