Ochrona upraw ziemniaków przed ekstremalnymi upałami i suszą
Fale upałów i susze mogą istotnie wpływać na hodowle ziemniaków i jakość bulw, nawet jeśli rolnicy nie popełniają błędów. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ADAPT(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel zbadanie, które powszechnie uprawiane odmiany ziemniaków są lepiej przystosowane do upałów i suszy oraz jakie sygnały wpływają na różnice. Zespół połączył prowadzone w Europie badania polowe z badaniami doświadczalnymi i analizą dużych zbiorów danych, aby umożliwić hodowcom rozwój tolerancji na stres w odmianach kupowanych przez konsumentów. Badanie ankietowe z udziałem przeszło 550 hodowców potwierdziło, że upały i susze już teraz stanowią istotny problem w wielu regionach.
Wskazywanie roślin dających plony w trudnych warunkach dzięki badaniom polowym
Zespół projektu ADAPT przeprowadził próby polowe związane ze stresem obejmujące 54 odmiany ziemniaka, aby sprawdzić ich zacowanie w warunkach suszy oraz upału połączonego z suszą. Próby terenowe przeprowadzono w hiszpańskiej Walencji oraz w Lewedorp w Niderlandach. Dodatkowe prace zostały przeprowadzone w Serbii i Austrii. Naukowcy porównali reakcje roślin hodowanych na w różnych systemach upraw i zebrali próbki w celu dogłębnej analizy zdarzeń molekularnych, aby określić, w jaki sposób dostosowują swój wzrost i metabolizm w odpowiedzi na stres. Na podstawie tych zbiorów danych zespół wskazał kontrastujące odmiany, których właściwości są zbliżone w normalnych warunkach, a jednocześnie ulegają drastycznej zmianie pod wpływem stresu. Jak wyjaśnia Markus Teige(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu: „Projekt ADAPT od samego początku koncentrował się na uprawianych komercyjnie odmianach ziemniaka, które są popularne w całej Europie. Ilość plonów na sprzedaż była dla nas zawsze istotnym kryterium oceny”. Zespół sprawdził również, jak stres klimatyczny może łączyć się z presją ze strony szkodników, a zwłaszcza szkodami wyrządzanymi przez stonkę ziemniaczaną w najtrudniejszych sezonach.
Rośliny czujnikowe wskazują wczesne sygnały stresu
Wyniki badań terenowych były priorytetem, jednak zespół projektu ADAPT obserwuje również zjawiska zachodzące w samych roślinach. W badaniach szklarniowych zespół wykorzystał fenotypowanie i obrazowanie na żywo reporterowych linii ziemniaków, aby obserwować sygnalizację stresu w czasie rzeczywistym. Badacze opracowali rośliny czujnikowe w celu obserwacji wtórnych przekaźników, takich jak jony wapnia (Ca2+) i reaktywne formy tlenu. Powstały także linie reporterowe wskazujące reakcję na suszę i pozwalające na badanie hormonów związanych ze stresem, takich jak ABA i jasmonian. Jak zauważa Teige: „Widzieliśmy, że rośliny mogą zareagować stosunkowo szybko - w ciągu jednego lub dwóch dni pojawiają się pierwsze zmiany w ich fizjologii”. Wczesne zmiany ukierunkowały dalsze działania, w tym badania związane z SP6A, kluczowym sygnałem tuberyzacji. W ten sposób badacze chcieli sprawdzić, w jaki sposób stres może zaburzać szlaki, które wpływają na powstawanie bulw.
Narzędzia oparte na danych przekształcają złożoną biologię w cele dla rolników
Zespół projektu ADAPT opracował potoki pozwalające na łączenie danych gromadzonych przez drony i czujniki z odczytami molekularnymi, umożliwiając porównywanie wzorców dotyczących różnych miejsc, sezonów i odmian. Jednym z rezultatów tych prac jest aplikacja StressKnowledgeMap(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – dostęne w Internecie narzędzie gromadzące dane na temat reakcji na stres na mapach, dzięki którym naukowcy mogą dodawać nowe wyniki i łączyć je z modelami wyjaśniającymi, w jaki sposób rośliny reagują na różne czynniki. Dane wskazują także pomiary o najistotniejszym znaczeniu. Fenotypowanie z pomocą dronów sugeruje, że wczesne cechy wzrostu mogą być silnym predyktorem ostatecznego plonu, a nawodnienie wpływa zarówno na plon, jak i jakość bulw, zwłaszcza na wczesnym etapie. Te wnioski wskazują, że hodowcy powinni skupić się na badaniach przesiewowych, ponadto mówią nam, że przyszłe badania mogą przyczynić się do bardziej precyzyjnego zarządzania uprawami. Dla hodowców wąskim gardłem jest przekształcenie odporności opartej na wielu genach w niezawodne markery molekularne, które będą działały w różnych warunkach klimatycznych. Połączone zbiory danych zgromadzone przez zespół projektu ADAPT pomagają zawęzić etapy i cechy, które w największym stopniu wskazują na odporność plonów, zwłaszcza we wczesnych fazach rozwoju roślin, pomagając hodowcom w ustaleniu sygnałów, które warto wykorzystać jako praktyczne wskaźniki. Następny etap prac obejmie opracowanie i weryfikację tych wskaźników dla odmian odpornych na ciepło i suszę. Teige już teraz podsumowuje te prace: „Gdy zrealizujemy te działania, w ciągu 5-10 lat te nowe odmiany będą dostępne dla hodowców i przyczynią się do zwiększenia stabilności plonów dobrej jakości bulw, niezależnie od warunków”.