Paradajky Prvýkrát nová plodina prostredníctvom úpravy genómu
Vedci z Brazílie, USA a Nemecka prvýkrát vytvorili novú kultivovanú rastlinu z divokej rastliny - predchodcu našej dnešnej paradajky - pomocou moderného procesu úpravy genómu.
4. októbra 2018 - 11:50 h Dr. Christina Heimken
Nová kultivovaná paradajka (vpravo) má rôzne domestikačné vlastnosti, ktoré ju odlišujú od divokej rastliny (vľavo). Obrázok: Agustin Zsögön/Nature Biotechnology.
Plodiny ako pšenica a kukurica mať Prejdite tisíce rokov chovateľského procesu. Ľudia pri tom postupne menili vlastnosti divokých rastlín, aby si ich mohli prispôsobiť svojim potrebám. Jedným z motívov bola a je vyššia úroda. Kedy "Vedľajší účinok" chov viedol k a znížená genetická diverzita a strata ďalších užitočných vlastností. Ukazuje to okrem iného zvýšená náchylnosť k chorobám, zlá chuť a znížený obsah vitamínov a živín v moderných kultivaroch. Vedci z Brazílie, USA a Nemecka teraz po prvýkrát vytvorili novú kultivovanú rastlinu z divokej rastliny za jednu generáciu pomocou moderného procesu úpravy genómu CRISPR-Cas9: Počnúc „divou paradajkou“ vytvorili súčasne rôzne užitočné vlastnosti rastlín bez straty cenných genetických vlastností divo rastúcich rastlín. Výsledky sú zverejnené v aktuálnom vydaní časopisu „Nature Biotechnology“.
„Nová metóda nám umožňuje začať od nuly a znova začať proces domestikácie,“ hovorí biológ Prof. Dr. Jörg Kudla z vestfálskej Wilhelmsovej univerzity v Münsteri, ktorý je so svojím tímom zapojený do štúdie. „Môžeme využiť všetky vedomosti o genetike rastlín a domestikácii, ktoré výskumníci zhromaždili za posledné desaťročia. Môžeme zachovať genetický potenciál a obzvlášť cenné vlastnosti divo rastúcich rastlín a súčasne vytvoriť požadované vlastnosti moderných plodín v čo najkratšom čase. “Vedci investovali do svojich štúdií zhruba tri roky práce.
The vedec vybral ako Štartovací závod pre váš priekopnícky projekt divočina Paradajka Solanum pimpinellifolium z Južnej Ameriky, predkovia dnešných pestovaných paradajok. Planá rastlina má iba plody veľkosti hrášku a nízku úrodu - dve vlastnosti, ktoré ju robia nevhodnou ako pestovaná rastlina. Na druhej strane sú plody aromatickejšie ako moderné paradajky, ktoré kultiváciou stratili chuť. Lesné ovocie obsahuje tiež viac lykopénu. Tento takzvaný zachytávač radikálov, technicky antioxidant, sa považuje za zdravý a na tomto pozadí je žiadanou prísadou.
Vedci upravili divoké rastliny pomocou „Multiplex-CRISPR-Cas9“ tak, aby dcérske rastliny niesli malé genetické zmeny v šiestich génoch. Tieto rozhodujúce gény boli identifikované výskumom za posledných pár rokov a považujú sa za genetické kľúče k vlastnostiam domestikovaných paradajok. Vedci konkrétne vytvorili v porovnaní s divými paradajkami tieto zmeny: Plody sú trikrát väčšie ako plody divej rastliny, čo zodpovedá veľkosti koktailovej rajčiny. Počet plodov je desaťnásobný a ich tvar je oválnejší ako v prípade okrúhlych lesných plodov. Táto vlastnosť je populárna, pretože je nepravdepodobné, že by oválne plody praskli, keď prší, ako ich okrúhle príbuzné. Rastliny majú tiež kompaktnejší zvyk.
A ďalšia dôležitá nová funkcia: Obsah lykopénu pri novom pestovaná paradajka je viac ako dvakrát vyššia ako u voľne žijúcich rodičovských druhov a dokonca viac ako päťkrát vyššia ako u druhu konvenčné koktailové paradajky. „Toto je veľmi rozhodujúca inovácia, ktorú nemožno dosiahnuť pri šľachtení konvenčných pestovaných paradajok. Lykopén môže pomôcť predchádzať rakovine a kardiovaskulárnym chorobám. Zo zdravotného hľadiska má paradajka, ktorú sme vytvorili, pravdepodobne pridanú hodnotu v porovnaní s konvenčnými pestovanými paradajkami a inou zeleninou, ktorá obsahuje iba lykopén vo veľmi obmedzenom množstve, “zdôrazňuje Jörg Kudla. Chovatelia sa doteraz márne pokúšali opäť zvýšiť obsah lykopénu v pestovaných paradajkách. V tých prípadoch, keď bola úspešná, bolo to na úkor obsahu beta-karoténu, ktorý má tiež účinok na ochranu buniek, a je preto cennou zložkou.
Jörg Kudla zhŕňa dilemu moderného šľachtenia: „Dnešné užitočné rastliny vznikli šľachtením - so všetkými ich výhodami a nevýhodami. Mnoho vlastností, ako je odolnosť, sa stratilo a bolo možné ich znovu získať - ak vôbec - namáhavým spätným krížením s divokou rastlinou po celé desaťročia. Pretože znaky, ktoré sú určené interakciou mnohých génov, sa nedajú obnoviť klasickým šľachtením. Domestikácia v mnohých ohľadoch pripomína jednosmernú ulicu. Vďaka modernej úprave genómu môžeme využiť výhodu divej rastliny a vyriešiť tento problém s chovom. V skratke: The molekulárna domestikácia „de novo“ zatajuje obrovský potenciál - aj do vytvoriť nové žiaduce vlastnosti.„Okrem toho bude teraz možné napríklad transformovať rastliny, ktoré sú veľmi zdravé, ale zatiaľ ich ľudia nepoužívali alebo ich používali iba vo veľmi obmedzenej miere, prostredníctvom cieleného zväčšenia ich plodov alebo zlepšenia ďalších domestikačných charakteristík na úplne nové užitočné rastliny.
K metóde: Vedci použili metódu CRISPR-Cas9, okolo Gény v Rastlina paradajok Solanum pimpinellifolium prostredníctvom tzv Cielená deaktivácia straty funkčných mutácií. Z takto geneticky modifikovaných rastlín vybrali po dorastení vhodné materské rastliny. Vedci skontrolovali ich dcérske rastliny, či majú vonkajšie viditeľné vlastnosti, a analyzovali ich vlastnosti. Štúdie sa zúčastnili vedci z Federálnej univerzity vo Viçose a Univerzity v São Paule (Brazília), Univerzity v Minnesote (USA) a Vestfálskej univerzity Wilhelmsa v Münsteri (Nemecko). Práce boli finančne podporené federálnym ministerstvom školstva a výskumu a na brazílskej strane finančnou agentúrou pre vysokoškolské vzdelávanie CAPES, Národnou radou pre výskum CNPq a výskumnou organizáciou FAPESP. (Zdroj: Westfälische Wilhelms-Universität Münster)