Dodano: 04 sierpnia 2021r.

Zwierzęce białko w roślinach zwiększa plony nawet o połowę

Nowe odkrycia pozwalają roślinom rosnąć dwa razy szybciej, niż obecnie oraz uodpornić się na coraz częstsze susze. Dodanie zwierzęcego genu kodującego białko o nazwie FTO do ryżu i ziemniaków zwiększyło plony o 50 proc.

Zwierzęce białko w roślinach zwiększa plony nawet o połowę

 

Rośliny po modyfikacji genetycznej były znacznie większe, wytwarzały dłuższe systemy korzeniowe i lepiej znosiły brak wody. Analiza wykazała również, że ziemniaki i ryż zwiększyły tempo fotosyntezy. Badania przeprowadzili naukowcy z Uniwersytetu w Chicago, Uniwersytetu Pekińskiego i Uniwersytetu Guizhou. Wyniki zostały opublikowane w „Nature Biotechnology” (DOI: 10.1038/s41587-021-00982-9).

- Zmiana jest naprawdę niesamowita - mówi prof. Chuan He z Uniwersytetu w Chicago. On oraz prof. Guifang Jia z Uniwersytetu Pekińskiego kierowali badaniami. - Co więcej, nasza metoda działa z prawie każdym gatunkiem testowanych roślin. A modyfikacja jest bardzo prosta do wdrożenia – dodaje.

Naukowcy są pełni nadziei co do potencjału nowego odkrycia i nazywają je „przełomowym”. Może być ono szczególnie ważne dla rolnictwa, które musi borykać się ze zmianami klimatu.

Modyfikacje RNA

- Nasze odkrycie daje możliwość modyfikacji genetycznej roślin, która pozytywnie wpłynie na ekosystem w dobie globalnego ocieplenia – twierdzi prof. He. – Rośliny są nam niezbędne. Dostarczają drewno, żywność, oleje i leki. Nowa metoda modyfikacji, to sposób na zwiększenie produkcji większości roślin – podkreśla badacz.

Naukowcy od dziesięcioleci dążą do zwiększenia produkcji w rolnictwie. Eksperymenty są prowadzone w wielu ośrodkach ze względu na coraz bardziej niestabilny klimat i rosnącą populację ludzi. Jednak tego typu badania są bardzo skomplikowane i często nie dają żadnego efektu.

Powszechnie wiadomo, że cząsteczki RNA „odczytują” DNA, a następnie tworzą wyspecjalizowane białka, które mają wykonywać konkretne zadania. W 2011 roku zespół prof. He odkrył, że RNA nie tylko „odczytuje” DNA, ale może również regulować, które części genomu ulegają ekspresji. Dzieje się tak dzięki chemicznym znacznikom na RNA. Mogą one wpływać na to, które białka są tworzone i w jakiej ilości.

Naukowcy natychmiast zdali sobie sprawę, że ma to ogromne znaczenie dla całej biologii. Od czasu tego odkrycia badacze z całego świata starają się lepiej zrozumieć procesy zachodzące w RNA i ich wpływ na zwierzęta, rośliny i różne choroby. Prof. He jest nawet współzałożycielem firmy biotechnologicznej, która opracowuje nowe leki przeciwnowotworowe oparte na białkach modyfikujących RNA.

Gwałtowny wzrost roślin

W związku z niezwykłymi możliwościami jakie przynoszą modyfikacje chemicznych znaczników na RNA, badacze zaczęli się zastanawiać, czy mogą one wpływać na wzrost roślin.

Naukowcy skupili się na białku zwanym FTO. To pierwsze odkryte białko, które usuwa chemiczne znaczniki na RNA. Badacze już wcześniej wiedzieli, że FTO wpływa na wzrost komórek u ludzi i zwierząt, więc spróbowali wprowadzić odpowiedni gen do roślin. To, co zaobserwowali wprawiło ich jednak w zdumienie. Rośliny zaczęły gwałtownie rosnąć. - Właśnie wtedy wszyscy zdaliśmy sobie sprawę, że robimy coś wyjątkowego – mówi prof. He.

W testach laboratoryjnych otrzymano trzykrotny wzrost produkcji ryżu. W warunkach polowych rośliny rosły średnio o połowę większe i dawały połowę więcej plonów, niż ich odpowiedniki bez modyfikacji. Co więcej, rośliny miały dłuższe korzenie, wydajniej fotosyntetyzowały i lepiej znosiły brak wody.

Naukowcy powtórzyli eksperyment na uprawach ziemniaka, który należy do zupełnie innej rodziny roślin. Wyniki były identyczne. – Sugeruje to, że nasza modyfikacja może wpływać na wiele gatunków. To niezwykle ekscytujące – mówi prof. He.

Zwierzęcy gen w roślinie

Naukowcy zadawali sobie pytanie, dlaczego zmodyfikowany ryż i ziemniaki rosną w szybszym tempie. Eksperymenty wykazały, że FTO zaczyna działać we wczesnym stadium rozwoju rośliny, zwiększając całkowitą ilość produkowanej biomasy.

Zdaniem badaczy FTO wpływa na proces znany jako m6A. Zmodyfikowane białko „wymazuje” m6A w RNA. Dzięki temu tłumi niektóre sygnały „mówiące” roślinom, że mają już dalej nie rosnąć. Ogólnie rzecz biorąc, zmodyfikowane rośliny produkowały znacznie więcej RNA, niż rośliny z grupy kontrolnej, Prawdopodobnie przez to rosły znacznie szybciej.

Białko FTO pochodzi od zwierząt. W badaniach dodano je do roślin. Zdaniem prof. He w przyszłości nie będziemy wykorzystywali zwierzęcego genu do zwiększenia wydajności upraw. Wcześniej naukowcy muszą zrozumieć mechanizm, który stoi za gwałtownym wzrostem roślin. Wtedy możliwe stanie się odkrycie alternatywnych sposobów na zwiększenie plonów.

- Wydaje się, że rośliny same w sobie posiadają podobne mechanizmy regulacyjne. To co zrobiliśmy teraz, to tylko delikatne ich uruchomienie – twierdzi prof. He. - Następnym krokiem będzie odkrycie, jak uzyskać podobny efekt przy wykorzystaniu genów samych roślin – mówi.

Naukowiec przekonuje, że podobne odkrycie może być przełomowe dla ludzkości. Badacze byliby w stanie na przykład stworzyć drzewa z większymi systemami korzeniowymi, które mogłyby wytrzymać gwałtowniejsze huragany, lub trawy, które powstrzymałyby pustynnienie niektórych obszarów związane z globalnym ociepleniem. – Istnieje wiele potencjalnych zastosowań naszego odkrycia – twierdzi prof. He.

 

Źródło: University of Chicago