Wykorzystanie naturalnych mechanizmów odporności do wytworzenia upraw odpornych na suszę
Zmartwychwstanki, takie jak Haberlea rhodopensis i Xerophyta viscosa, posiadają niezwykłą zdolność do przetrwania pomimo ekstremalnego odwodnienia swoich tkanek. Mogą utracić nawet 95% zawartej w sobie wody, a po nawodnieniu przywrócić normalne funkcje fizjologiczne. Sprawia to, że są one idealnymi obiektami do badania, w jaki sposób rośliny uprawne mogą przetrwać susze.
Postępy w rolnictwie dzięki genomice
W projekcie RESIST, realizowanym przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, zastosowano zaawansowane metody „omiczne” – w tym genomikę, transkryptomikę i metabolomikę – w celu zbadania molekularnych i genetycznych podstaw odporności tych roślin. „Chcieliśmy radykalnie zwiększyć ilość dostępnych danych na temat zmartwychwstanek”, mówi Veselin Petrov, kierownik działu finansowania w Centrum Biologii Systemów Roślinnych i Biotechnologii (CPSBB) w Bułgarii. „Zsekwencjonowaliśmy genomy jednego gatunku endemicznego dla Bułgarii i trzech gatunków endemicznych dla Republiki Południowej Afryki, uzyskując ogromne ilości informacji na potrzeby analizy dużych zbiorów danych, transkryptomiki, metabolomiki i nie tylko”. Poprzez identyfikację genów i szlaków, które pomagają roślinom przetrwać i przystosować się do warunków suszy, naukowcy dążyli do wprowadzenia tych cech do upraw komercyjnych. „Dziedzina ta jest wciąż w powijakach, ale łącząc uzupełniające się podejścia, otwieramy drzwi do przyszłych zastosowań w hodowli roślin”, wyjaśnia Petrov. W koordynowanym przez CPSBB w Bułgarii projekcie RESIST wzięły udział renomowane instytucje, w tym Instytut Molekularnej Fizjologii Roślin im. Maxa Plancka w Niemczech, Uniwersytet Ben-Guriona w Izraelu oraz Uniwersytet w Kapsztadzie w RPA. Ta międzynarodowa współpraca umożliwiła kompleksową analizę odporności roślin, a w wymianach badawczych wzięło udział łącznie 33 uczonych.
Od badań laboratoryjnych do terenowych
Jednym z najważniejszych osiągnięć projektu było zastosowanie gruntowania molekularnego, czyli procesu polegającego na traktowaniu upraw substancjami bioaktywnymi w celu zwiększenia ich tolerancji na stres. „Użyliśmy ekstraktu otrzymanego z alg z Oceanu Atlantyckiego, aby poprawić wydajność upraw w warunkach suszy”, mówi Petrov. „Wyniki są bardzo obiecujące. W naszych próbach przeprowadzonych na uprawach jagód nie tylko zwiększyliśmy plony, ale także zmniejszyliśmy plamistość, która wpływa na jakość handlową malin”. Wiedza zdobyta dzięki zmartwychwstankom ma szansę przekształcić także rolnictwo. Poprzez wprowadzenie cech odporności na suszę do podstawowych upraw, rolnicy mogą uprawiać odmiany, które utrzymują plony w warunkach niedoboru wody. Zwiększenie odporności upraw przyczynia się ponadto do stosowania zrównoważonych praktyk rolniczych. Uprawy odporne na suszę wymagają mniejszego nawadniania, co pozwala zaoszczędzić zasoby wodne i zmniejszyć wpływ rolnictwa na środowisko. Rozwiązanie to wpisuje się w globalne wysiłki na rzecz promowania zrównoważonych systemów produkcji żywności. Zespół RESIST zrealizował już znaczące kamienie milowe, w tym dotyczące sekwencjonowania i adnotacji trzech genomów (Haberlea rhodopensis, Xerophyta elegans i Xerophyta humilis). Zidentyfikowano także 14 genów kandydujących związanych z tolerancją na wysychanie i inne ekstremalne stresy u H. rhodopensis, a obecnie trwa ich analiza funkcjonalna. Dalsze badania na dziewięciu roślinach uprawnych ( jęczmieniu, pomidorze, papryce, bakłażanie, ziemniaku, sałacie, malinie, borówce i cebuli) wykazały zwiększoną odporność na stres i lepsze plony przy zastosowaniu podejścia gruntowania molekularnego.
Przyszłość uprawy roli
Ponieważ zmiana klimatu zagraża produktywności rolnictwa, projekt RESIST może zaoferować namacalne rozwiązania w tym zakresie. Wykorzystując naturalną odporność zmartwychwstanek, projekt może przyczynić się do stworzenia upraw zdolnych do przetrwania w warunkach stresu środowiskowego. Pomaga to nie tylko zagwarantować dostawy żywności w Europie, ale także przyczynia się do upowszechniania zrównoważonych praktyk rolniczych, co przekłada się na stabilną przyszłość światowego rolnictwa. Projekt RESIST stał się także inspiracją dla dalszych badań. „Dzięki sukcesowi tego przedsięwzięcia jesteśmy zaangażowani w dwa nowe projekty finansowane przez UE, CropPrime i BOOSTER, które koncentrują się na zwiększaniu odporności roślin i optymalizacji biostymulatorów pod kątem tolerancji na suszę”, mówi Petrov. „Wykonaliśmy pierwsze kroki, ale przed nami jeszcze daleka droga”.
Słowa kluczowe
RESIST, zmartwychwstanki, odporność roślin, tolerancja na suszę, tolerancja na wysychanie, genomika
