Jak krzyżowanie trzech roślin macierzystych poprawia efektywność hodowli roślin uprawnych
Upały, susze i zmieniające się zagrożenia ze strony szkodników zmieniają warunki uprawy szybciej, niż jesteśmy w stanie opracowywać nowe odmiany roślin uprawnych. Hodowcy muszą znaleźć równowagę między plonami, jakością i odpornością — jednak łączenie cech pochodzących z odległych lub dzikich krewnych roślin jest procesem powolnym, który często uniemożliwiają biologiczne niezgodności. Dzięki dofinansowaniu Europejskiej Rady ds. Innowacji (EIC)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projekt 3P-Tec(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pracował nad rozwiązaniem na skróty: metodą hodowli trójrodzicowej (z trzech roślin macierzystych), która umożliwia połączenie cech z trzech roślin w jednym krzyżowaniu, umożliwiając włączenie cech od dzikich krewnych, które często trudno wprowadzić do nowoczesnych odmian roślin uprawnych za pomocą konwencjonalnych krzyżówek.
Krzyżówki trójrodzicowe poszerzają możliwości hodowlane
W standardowej hodowli komórka jajowa jest zapładniana przez jedną komórkę plemnikową, co prowadzi do powstania potomstwa z dwojga rodziców. Projekt 3P-Tec opiera się na niezwykłym, ale zachodzącym w rzeczywistości zjawisku biologicznym, w którym komórka jajowa łączy się z dwoma plemnikami. Jak wyjaśnia koordynatorka projektu Rita Gross-Hardt: „Technologia 3P-Tec opiera się na fundamentalnym spostrzeżeniu, że komórka jajowa rośliny może zostać zapłodniona przez plemniki pochodzące od dwóch różnych ojców, co pozwala uzyskać zdolne do życia potomstwo z wkładem genetycznym jednej matki i dwóch ojców”. Dla hodowców może to oznaczać skrócenie liczby pokoleń potrzebnych do uzyskania cennych cech, ponieważ można jednocześnie wprowadzać dwa zestawy cech ojcowskich. Metoda ta ma również na celu pokonanie powszechnej przeszkody w ulepszaniu upraw: barier hybrydyzacyjnych, które powodują poronienie nasion, gdy hodowcy próbują krzyżować rośliny genetycznie odległe.
Dźwignia genetyczna, która zwiększa wskaźnik sukcesu trójrodzicowego
Wychodząc poza samą koncepcję krzyżowania, naukowcy wykazali, że dwa enzymy, ECS1 i ECS2, wpływają na częstotliwość polispermii, czyli łączenia się komórki jajowej z więcej niż jednym plemnikiem. Korzystając z metody przesiewowej o wysokiej przepustowości, zespół odkrył, że u roślin pozbawionych obu enzymów częstotliwość polispermii wzrosła trzykrotnie. Ten wyższy wskaźnik zwiększa prawdopodobieństwo uzyskania potomstwa od trójki rodziców, dzięki czemu podejście to staje się bardziej wydajne. Ten kluczowy mechanizm i jego wpływ na efektywność regeneracji roślin pochodzących od trzech rodziców zostały udokumentowane w recenzowanej publikacji naukowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Od prototypowego buraka cukrowego do przyszłych linii upraw
Projekt 3P-Tec opiera się na wcześniejszych pracach finansowanych przez Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERBN)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) za pośrednictwem projektów bi-BLOCK i TriVolve i wyszedł poza fazę dowodu koncepcji w kierunku wykorzystania w hodowli roślin. Jednym z konkretnych kamieni milowych jest przeniesienie tej technologii do jednej z głównych europejskich upraw. Jak zauważa Gross-Hardt: „Istotnym kamieniem milowym było pomyślne stworzenie buraka cukrowego z trojga roślin macierzystych jako pierwszego prototypu uprawy”. Zastosowanie tej metody w uprawie buraków cukrowych pokazuje, że można ją stosować nie tylko w przypadku roślin modelowych, co stanowiło kluczową przeszkodę przed możliwością jej wykorzystania przez hodowców na dużą skalę. Projekt miał również na celu utorowanie drogi do zastosowania w innych uprawach, w tym w uprawie ziemniaków, gdzie hodowcy stoją w obliczu rosnącej presji, by dostarczać odmiany odporne na zmiany klimatu bez zmniejszenia plonów. W projekt zaangażowali się hodowcy przemysłowi, co pozwoliło zapewnić zgodność prac z harmonogramem komercjalizacji oraz wymaganiami dotyczącymi odporności i skalowalności.
Nietransgeniczna droga do szybszej, przyjaznej dla klimatu hodowli roślin
Koordynator projektu określa 3P-Tec jako metodę niepolegającą na modyfikacjach genetycznych i bliższą konwencjonalnym metodom hodowli niż metodom transgenicznym, zgodnie z obowiązującymi przepisami UE. Zwiększenie skali tego procesu mogłoby pomóc hodowcom w szybkim łączeniu kluczowych cech wydajnościowych i odpornościowych, aby ustabilizować plony w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Po pełnym wdrożeniu praktyczna wartość tej technologii stanie się najbardziej widoczna w obszarach, w których konwencjonalna hodowla od dawna boryka się z trudnościami: umożliwi przenoszenie cech ponad granicami gatunkowymi bez wieloletnich nieudanych krzyżówek, powtarzających się krzyżówek wstecznych i straconych sezonów wegetacyjnych.
