Informace organizace BIOTRIN

Globální oteplování staví zemědělství před velkou výzvu: jak zajistit rostlinám odpovídající růst – a s tím spojený výnos – v podmínkách celosvětově rostoucích teplot. Jedním z pomocných nástrojů by mohl být gen zajišťující odolnost rostlin vůči těmto vyšším teplotám, který si nechali patentovat výzkumníci v USA.

Na projektu se společně podíleli Baylor College of Medicine v Houstonu a State Kansas University v Manhattanu; výzkumný tým vedli Dr. Kendal Hirschi a Dr. Ninghui Cheng z Baylor College of Medicine. 

„Po komerčním zemědělství chceme vysoké výnosy a nutričně hodnotné potraviny. Při vyšších teplotách se však zbrzďuje růst rostlin – například s celosvětovým zvýšením teploty o dva stupně klesá výnos na polovinu“, uvedli ve svém společném prohlášení Dr. Hirschi a Dr. Cheng. Gen, který si nechali patentovat, má však zajistit, že výnosy zůstanou stejné.

V případě teplotního stresu rostliny dochází k významnému nárůstu reaktivních forem kyslíku (angl. „reactive oxygen species“, ROS). Ty velmi ochotně reagují téměř se vším v buňce, což pro ni může být dost nebezpečné. V průběhu evoluce se buňky naučily, jak ROS využívat ve svůj prospěch – jejich malé množství slouží jako signalizace při obranných reakcích. Při nadprodukci ROS, způsobené např. teplotním stresem, však dochází k poškození makromolekul a buněčných struktur, což způsobuje zbrzdění růstu rostliny. Proto je potřeba regulovat míru produkce ROS v rostlině.

Jako klíčový se v tomto směru ukázal enzym glutaredoxin, který se podílí na mnoha buněčných procesech, včetně regulace oxidativního stresu. Výzkumníci identifikovali gen GRXS17, který kóduje právě tento enzym. S pomocí transgenoze (přenosu genu z jednoho druhu do jiného) upravili genom různých rostlin – např. rajčat, rýže, tabáku atp., kdy cílem genové modifikace byl právě gen GRXS17.

Transformované rostliny vykázaly větší míru odolnosti vůči teplotnímu stresu (viz obrázek), jinak ale fenotypově i morfologicky zůstaly stejné jako jejich netransgenní protějšky.

Dr. Hirschi zdůraznil, že s touto technologií bude možné během pár let získat vylepšené odrůdy odolné proti abiotickému stresu u plodin, jakými jsou například rýže, kukuřice, pšenice nebo sója.

Vzhledem k tomu, že k oteplování již dochází, je důležité zaměřit pozornost na vývoj plodin odolných k vyšším teplotám. Tradičním šlechtěním by se toho dalo dosáhnout, nicméně trvalo by to několik dekád. Zraky šlechtitelů se tedy upírají k metodám moderních biotechnologií, jakým je i výše uvedená genová modifikace, které jsou mnohem rychlejší, a poskytují tak možnost včas reagovat na environmentální změny. 

Ukázka tolerance vůči teplotnímu stresu u rajčat: vlevo je kontrolní, nemodifikovaná rostlina rajčete, vpravo transgenní rostlina po vystavení několikadenním vyšším teplotám a následnému návratu (Zdroj obrázku: Kendal Hirschi Lab, Baylor College of Medicine).

Zdroje:

• New gene to make plants heat-tolerant in rising temperatures (bcm.edu)
• Patent Images (uspto.gov)
• BIOLOGICKÉ CENTRUM AV ČR, v. v. i. | Volné kyslíkové radikály pomáhají rostlinám bojovat s chorobami (cas.cz)

Zdroj článku: BIOTRIN