Jak rozród z udziałem trzech roślin wpływa na wydajność upraw?
Upały, susze i rosnąca presja ze strony szkodników zmieniają warunki uprawy szybciej niż badacze są w stanie opracowywać nowe odmiany roślin. Hodowcy muszą równoważyć wydajność, jakość i odporność, jednak łączenie cech pochodzących od odległych lub dzikich krewnych roślin jest powolne i często uniemożliwiają to niezgodności biologiczne. Dzięki finansowaniu ze środków Europejskiej Rady ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (EIC), zespół projektu 3P-Tec(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pracował nad pewnym skrótem - metodą rozrodu wykorzystującą trzy rośliny, która może umożliwić połączenie cech trzech roślin w wyniku pojedynczego krzyżowania, co może umożliwić włączanie cech dzikich odmian, często trudnych do wprowadzenia do nowoczesnych odmian roślin uprawnych przy użyciu konwencjonalnych krzyżówek.
Krzyżówki trzech roślin poszerzają możliwości upraw
W typowej hodowli komórka jajowa jest zapładniana przez jeden plemnik, czego skutkiem jest potomstwo dwojga rodziców. Technologia wykorzystywana w projekcie 3P-Tec opiera się na niezwykłym, ale występującym zjawisku, w wyniku którego komórka jajowa łączy się z dwoma plemnikami. Jak wyjaśnia Rita Gross-Hardt, koordynatorka projektu: „Prace w ramach projektu 3P-Tec opierają się na fundamentalnym założeniu, według którego komórka jajowa rośliny może zostać zapłodniona przez plemniki pochodzące od dwóch różnych ojców, co zaowocuje zdolnym do przeżycia potomstwem z genetycznym wkładem jednej matki i dwóch ojców”. Dla hodowców może to oznaczać uzyskanie istotnych cech przy mniejszej liczbie pokoleń ze względu na możliwość jednoczesnego wprowadzenia dwóch zestawów cech ojcowskich. Metoda ta pozwala również ominąć podstawową przeszkodę w ulepszaniu upraw - bariery hybrydyzacyjne, które powodują obumieranie nasion, gdy hodowcy próbują krzyżować genetycznie odległe rośliny.
Dźwignia genowa zwiększająca wskaźnik sukcesu metody
Poza opracowaniem nowatorskiej koncepcji krzyżowania, naukowcy wykazali, że dwa enzymy - ECS1 i ECS2 - wpływają na częstotliwość łączenia się komórki jajowej z więcej niż jednym plemnikiem w wyniku procesu nazywanego polispermią. Korzystając z metody badań przesiewowych o wysokiej przepustowości zespół odkrył, że rośliny pozbawione obu enzymów charakteryzował trzykrotnie wyższy wskaźnik polispermii. To zwiększa prawdopodobieństwo otrzymania potomstwa trzech rodziców, co zwiększa wydajność metody. Ten kluczowy mechanizm i jego wpływ na wydajność hodowli roślin otrzymywanych poprzez krzyżowanie trzech rodziców zostały udokumentowane w recenzowanej publikacji naukowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Od prototypu buraka cukrowego do przyszłych procesów hodowli
Zespół projektu 3P-Tec opiera się na wcześniejszych pracach wspieranych przez Unię Europejską i opracowuje rozwiązania, które mogą znaleźć zastosowanie w hodowli roślin. Kamieniem milowym dla zespołu jest wykorzystanie technologii w jednej z głównych roślin uprawnych w Europie. Jak zauważa Gross-Hardt: „Ważnym kamieniem milowym było uzyskanie buraka cukrowego wyhodowanego w wyniku polispermii jako pierwszego prototypu”. Udowodnienie skuteczności tego podejścia na burakach cukrowych wskazuje, że może zostać wykorzystane nie tylko do roślin modelowych - pokonanie tej przeszkody umożliwia zastosowanie tej metody na szeroką skalę. Celem projektu było również umożliwienie wykorzystania tej metody w przypadku innych roślin uprawnych, w tym ziemniaków - hodowcy stawiają bowiem czoła wyzwaniu opracowania odmian odpornych na skutki zmiany klimatu przy zachowaniu wydajności plonów. Współpraca z hodowcami przemysłowymi zapewnia dostosowanie prac do harmonogramów produkcji komercyjnej i wymogami w zakresie zwiększania skali.
Nietransgeniczny sposób na przyspieszenie hodowli w obliczu zmiany klimatu
Zdaniem koordynatorki projektu 3P-Tec zastosowana przez zespół metoda pozwala na uzyskanie roślin bez modyfikacji genetycznej i jest bliższa konwencjonalnym metodom hodowli niż metodom transgenicznym opisanym w obowiązujących w UE przepisach. Zwiększenie skali tego procesu może pomóc hodowcom w szybkim łączeniu kluczowych cech wpływających na wydajność upraw i odporność roślin, co pozwoli na ustabilizowanie plonów w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Po pełnym wdrożeniu, praktyczna wartość tej technologii będzie najbardziej widoczna w obszarach, w których konwencjonalne metody hodowli od dawna wiążą się z trudnościami. Umożliwi bowiem łączenie cech roślin różnych gatunków bez konieczności poświęcania wielu lat oraz sezonów wegetacyjnych na nieudane krzyżówki, krzyżowanie wsteczne.
