Επανάσταση στην έρευνα των φυτών: Νέες ιδέες για την αναπαραγωγή κριθαριού!

Επανάσταση στην έρευνα των φυτών: Νέες ιδέες για την αναπαραγωγή κριθαριού!

Οι βιολόγοι του Πανεπιστημίου Heinrich Heine του Ντίσελντορφ (HHU) έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην έρευνα για την λουλουδάτη αρχιτεκτονική των χόρτων. Αυτές οι καινοτομίες θα μπορούσαν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στη βελτίωση της γεωργικής παραγωγής. Σε ένα στο ειδικό περιοδικό Επικοινωνίες για τη φύση Στη δημοσιευμένη μελέτη, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα συγκεκριμένο πεπτίδιο και υποδοχέα που ελέγχουν την ανάπτυξη των ταξιανθιών στα χόρτα, συμπεριλαμβανομένου του κριθαριού.

Τα χόρτα έχουν μια ποικιλία μορφών ταξιανθίας, με το κριθάρι να χαρακτηρίζεται από τις απλούστερες ταξιανθίες του, οι οποίες σχηματίζουν τους κόκκους τους σε έναν κοντό άξονα, τη «ραχίλα». Οι μελέτες βασίζονται στο συμπέρασμα ότι το σχήμα των ταξιανθιών καθορίζεται νωρίς στην ανάπτυξη των φυτών από το μέγεθος, τη θέση και τη διάρκεια ζωής των μεριστωμάτων. Μια οδός σηματοδότησης που ρυθμίζει τη δραστηριότητα ορισμένων μεριστωμάτων στο κριθάρι έχει τώρα ανακαλυφθεί.

Επίδραση πεπτιδίων και υποδοχέων

Το πεπτίδιο HvFCP1, που εκκρίνεται από τα κύτταρα της ραχίλας, παίζει κεντρικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία. Αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα HvCLV1 για τον έλεγχο της ανάπτυξης του μεριστώματος. Ο καθηγητής Δρ. Jürgen Schmid και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι μεταλλάξεις στα γονίδια για το HvFCP1 ή το HvCLV1 προκαλούν μεγέθυνση των ταξιανθιών και των ραχίλλων, με αποτέλεσμα πολλαπλά άνθη και κόκκους από μία ράχιλλα. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτά τα μεταλλαγμένα είναι παρόμοια στην αρχιτεκτονική με τις ταξιανθίες σιταριού.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θέτουν τα θεμέλια για νέες προσεγγίσεις αναπαραγωγής που βασίζονται στην επεξεργασία του γονιδιώματος και θα μπορούσαν έτσι να επιτρέψουν την ταχύτερη παραγωγή φυτικών ποικιλιών υψηλής απόδοσης. Η εργασία είναι μέρος του έργου «Συστήματα Βλαστοκυττάρων Δημητριακών» (CSCS) που χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών και το Cluster of Excellence for Plant Research CEPLAS στο HHU.

Πρόσθετα αποτελέσματα έρευνας για το σχηματισμό αυτιών

Παράλληλα με αυτές τις εξελίξεις, μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο IPK-Leibniz αναφέρθηκε στους μηχανισμούς σχηματισμού στάχυ στο κριθάρι. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν στο Τρέχουσα Βιολογία, δείχνουν ότι η δραστηριότητα και η διαφοροποίηση του μεριστώματος είναι κρίσιμοι παράγοντες για την αρχιτεκτονική της ταξιανθίας. Ο χαρακτηρισμός ενός συγκεκριμένου μεταλλάγματος, που ονομάζεται κριθαρένιο αυτί flo.a, επιβεβαιώνει τα ευρήματα ότι το γονίδιο HvALOG1 παίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση του μεριστώματος του αυτιού και στο σχηματισμό ορίων μεταξύ των ανθικών οργάνων.

Οι μεταλλάξεις στο HvALOG1 οδηγούν όχι μόνο σε πρόσθετο σχηματισμό ανθέων αλλά και σε σύντηξη ανθικών οργάνων. Αυτά τα ευρήματα είναι σημαντικά σε σύγκριση με το σιτάρι, επειδή η αναγνώριση του γονιδίου του σίτου ALOG-1 και η λειτουργία του σε μια παράλληλη μελέτη δείχνει πόσο στενά διασυνδέονται αυτές οι ερευνητικές περιοχές.

Η επίδραση της τεχνικής εκτροφής

Οι μελέτες που αναφέρονται παραπάνω καταδεικνύουν τη μακροπρόθεσμη ανάπτυξη στην εκτροφή φυτών, η οποία αναζητά τρόπους για να αυξήσει τη γενετική ποικιλότητα εδώ και δεκαετίες. Ενώ η επιλογή νέων φυτικών ποικιλιών με επιθυμητά χαρακτηριστικά περιορίζεται παραδοσιακά από φυσικές γενετικές αλλαγές, νεότερες τεχνικές όπως η αναπαραγωγή μεταλλάξεων προσφέρουν πολλά υποσχόμενη πρόοδο. Από τη δεκαετία του 1950, οι κτηνοτρόφοι έχουν χρησιμοποιήσει μεθόδους όπως η ιονίζουσα ακτινοβολία και οι χημικές ουσίες για την εισαγωγή γενετικών τροποποιήσεων.

Η αναπαραγωγή μετάλλαξης θεωρείται συμβατική μέθοδος αναπαραγωγής και δεν υπόκειται στο νόμο της γενετικής μηχανικής. Αυτές οι μέθοδοι οδήγησαν στην ανάπτυξη επιτυχημένων καλλιεργειών, με αποτέλεσμα πάνω από 3.000 μεταλλαγμένες ποικιλίες που σχετίζονται με ακτίνες Χ ή γάμμα που αναφέρονται στην κοινή βάση δεδομένων FAO/IAEA. Μερικά παραδείγματα επιτυχημένων ποικιλιών είναι:

• Gerstensorte „Golden Promise“ (hoher Ertrag, verbesserte Mälzung)
• Hartweizen (für Brot und Pasta)
• Krankheitsresistente japanische Birne
• Dunkelrosa Grapefruit
• Halbzwergiger Reis
• Krankheitsresistente Bohne
• Erdnüsse mit festeren Schalen
• Sorten von Erbsen, Baumwolle, Pfefferminze, Sonnenblumen, Grapefruit, Sesam, Bananen, Maniok und Sorghum.

Αυτές οι επιτυχημένες εξελίξεις στην έρευνα των φυτών σχετίζονται άμεσα με τις τρέχουσες μελέτες για την αρχιτεκτονική λουλουδιών, οι οποίες όχι μόνο προκαλούν επιστημονικό ενδιαφέρον αλλά θα μπορούσαν επίσης να έχουν σημαντικές συνέπειες για τη μελλοντική γεωργία.