Skuteczne i przyjazne dla środowiska metody zwalczania chwastów
Wiele roślin posiada własne systemy obrony chemicznej, obejmujące swoisty arsenał środków do walki z owadami, patogenami i innymi gatunkami. Rośliny uprawne nie są wyjątkiem. Tego rodzaju chemiczne mechanizmy obronne bywają bardzo zróżnicowane; w niektórych przypadkach są wręcz specyficzne dla jednego gatunku. „Nie rozumiemy, w jaki sposób niektóre gatunki roślin są w stanie tolerować ataki chemiczne ze strony chwastów, dlatego postanowiliśmy badać cząsteczki będące celami fitotoksyn pochodzenia roślinnego i określić składniki genetyczne, które odpowiadają za tolerancję na te substancje”, wyjaśnia Claude Becker(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu FEAR-SAP(odnośnik otworzy się w nowym oknie), prowadzonego przez Uniwersytet Ludwika i Maksymiliana w Monachium(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Becker wraz ze swoim zespołem skupili się na benzoksazynoidach - chemicznych substancjach wykorzystywanych przez rośliny do obrony, wytwarzanych przez wiele traw, w tym kluczowe rośliny uprawne, takie jak kukurydza, pszenica i żyto. „Zastosowane przez nasz zespół podejście nie miało sobie równych wśród dotychczasowych badań. Do tej pory oddziaływania między roślinami były analizowane z perspektywy biochemicznej i ekologicznej, jednak nigdy przez zastosowanie metod z dziedzin genomiki i genetyki w połączeniu z badaniem mikroflory roślin w końcowej fazie oddziaływania”, wyjaśnia badacz.
Wykorzystanie fitotoksyn w celu ochrony roślin uprawnych
W ramach projektu FEAR-SAP, którego realizację sfinansowała Europejska Rada ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zespół skupił się na dwóch głównych pytaniach: W jaki sposób benzoksazynoidy oddziałują na poziomie molekularnym i jak hamują wzrost roślin? W jaki sposób rośliny wytwarzające te substancje chemiczne chronią się przed oddziaływaniem swojej własnej toksyny? Aby znaleźć odpowiedzi na te pytania, w ramach projektu badacze przyjrzeli się roślinie, która jest narażona na działanie benzoksazynoidów, ale nie jest w stanie ich wytwarzać. „Wykorzystaliśmy genetyczną roślinę modelową Arabidopsis thaliana, w przypadku której opracowano dotychczas wiele zasobów genetycznych. Wyhodowaliśmy setki naturalnych odmian w różnych typach gleby, a także na pożywce, do której dodaliśmy benzoksazynoidy. Następnie zajęliśmy się oceną różnic w reakcji”, dodaje Becker. Zespół projektu FEAR-SAP badał również wpływ benzoksazynoidów na bakterie związane z korzeniami ze względu na jedną z hipotez, która zakładała, że mogą one hamować wzrost roślin poprzez wpływ na mikroflorę korzeniową. „W obu przypadkach zastosowaliśmy metody z zakresu genetyki ilościowej w celu wskazania genów odpowiadających za reakcję roślin i mikroorganizmów”.
Kompleksowe analizy z zakresu genetyki molekularnej, genomiki i metagenomiki
Ze względu na złożoność oddziaływań, Becker zauważa, że środowiska badawcze o zmniejszonej złożoności ograniczają naszą zdolność do ich pełnego zrozumienia. „Kompleksowe badanie tych oddziaływań wymaga rozwoju technologii i zgromadzenia większych zbiorów danych”, zauważa. „Dzięki podobnym do zastosowanych w ramach projektu FEAR-SAP szeroko zakrojonym podejściom opartym na danych fenotypowych, genomicznych, transkryptomicznych i genetycznych jesteśmy w stanie rozwikłać część tej zagadki”. Zespół projektu FEAR-SAP ustalił, że genotyp rośliny odgrywa kluczową rolę w procesie reakcji rośliny na związki chemiczne wydzielane przez jednego z jej sąsiadów. Co więcej, związki te mogą ulegać wielu modyfikacjom na krótkiej drodze od dawcy do biorcy. Obecnie zespół skupia się na próbach odtworzenia wyników z udziałem roślin innych niż modelowe. „Opracowaliśmy także pszenicę pozbawioną benzoksazynoidów, którą obecnie rozmnażamy w celu przeprowadzenia badań polowych”, wyjaśnia badacz. Becker jest dumny z faktu, że zespołowi udało się zastosować podejście genomiczne w ramach przeprowadzonych badań, a tym samym umożliwić jego wykorzystanie w nowych dziedzinach nauki. „Zagadnienie biochemicznych oddziaływań między roślinami - allelopatii - które od przeszło stu lat stanowi przedmiot zainteresowania stosunkowo niewielkiego grona naukowców, może stać się znacznie bardziej interesujące dla badaczy zajmujących się dotychczas wieloma innymi dziedzinami nauki”, podsumowuje Becker.
