Χάρη στις Τεχνολογίες Υποβοηθούμενης Εξέλιξης (TEA), κατέστη δυνατή η εξαγωγή ενός γονιδίου ανθεκτικότητας μακράς διαρκείας που υπάρχει στο μαλακό σιτάρι και η εισαγωγή του στο σκληρό σιτάρι, καθιστώντας την ποικιλία Svevo ανθεκτική στη σκωρίαση και το ωίδιο. Αυτή η έρευνα, που διεξήχθη από την Crea, ανοίγει ενδιαφέρουσες προοπτικές για τους καλλιεργητές δημητριακών.
Η γεωργία είναι μια συνεχής μάχη ενάντια στο κλίμα, τα έντομα, τους μύκητες και άλλες απειλές που απειλούν την παραγωγικότητα των αγρών. Σε αυτή την προσπάθεια παραγωγής τροφίμων, οι αγρότες μπορούν να καταφύγουν σε αγρονομικές πρακτικές και φυτοφάρμακα , αλλά η γενετική παίζει επίσης κρίσιμο ρόλο στην προστασία των καλλιεργειών. Πολλά άγρια και καλλιεργούμενα φυτά είναι ανθεκτικά σε παθογόνα , όπως οι μύκητες, χάρη σε μια συγκεκριμένη γενετική σύνθεση που τα βοηθά να αποκρούουν τις επιθέσεις των μυκήτων.
Για παράδειγμα, το γονίδιο Lr67 , το οποίο εντοπίστηκε για πρώτη φορά σε μια ποικιλία μαλακού σιταριού στο Πακιστάν, επιτρέπει στα φυτά να αντιστέκονται στις επιθέσεις από το ωίδιο και τρία διαφορετικά είδη σκωρίας . Ακόμα και υπό ευνοϊκές περιβαλλοντικές συνθήκες, τα φυτά που φέρουν το γονίδιο Lr67 δεν αρρωσταίνουν , ακόμη και παρουσία του μύκητα.
Με βάση αυτήν την αρχή, οι ερευνητές στο Crea στη Φότζια εργάστηκαν για να εισαγάγουν αυτό το γονίδιο στο σκληρό σιτάρι , με αποτέλεσμα φυτά που προστατεύονται πιο εύκολα στο χωράφι. Για να κατανοήσουμε το έργο που έχουν κάνει, συναντηθήκαμε με τις τρεις ερευνήτριες του Crea που συμμετείχαν στο έργο: Daniela Marone , Grazia Maria Borrelli και Anna Maria Mastrangelo .
Από ευαίσθητο σε σκληρό: γιατί η μεταφορά ενός γονιδίου δεν είναι εύκολη
Με την πρώτη ματιά, κάποιος θα μπορούσε να σκεφτεί ότι μόλις εντοπιστεί ένα χρήσιμο γονίδιο σε ένα φυτό, θα ήταν απλό να μεταφερθεί σε μια άλλη ποικιλία χρησιμοποιώντας μια συμβατική προσέγγιση, όπως η διασταύρωση, για να επιτευχθεί το επιθυμητό χαρακτηριστικό. Στην περίπτωση του σιταριού, ωστόσο, τα πράγματα είναι πιο περίπλοκα. Το σκληρό σιτάρι και το μαλακό σιτάρι είναι στην πραγματικότητα συγγενικά και σεξουαλικά συμβατά είδη, αλλά η γονιδιωματική τους σύνθεση είναι διαφορετική .
«Το μαλακό σιτάρι έχει ένα γονιδίωμα περισσότερο από το σκληρό σιτάρι », εξηγεί η Daniela Marone, ανώτερη ερευνήτρια στο Κέντρο Crea Cerealicoltura e Colture Industrial στη Φότζια και επιστημονική διευθύντρια της έρευνας Lr67. «Σε αυτήν την περίπτωση, το γονίδιο χαρτογραφείται στο γονιδίωμα D , το οποίο απουσιάζει από το σκληρό σιτάρι. Για αυτόν τον λόγο, η κλασική προσέγγιση διασταύρωσης θα ήταν πολύ δύσκολη και πολύ αναποτελεσματική » .
Θεωρητικά, επομένως, η παραδοσιακή διασταύρωση είναι δυνατή. Στην πράξη, η μεταφορά ενός γονιδίου που βρίσκεται σε ένα χρωμόσωμα που δεν διαθέτει το σκληρό σιτάρι απαιτεί πολλά βήματα, συγκεκριμένο γενετικό υλικό και εκτεταμένη επιλογή. Μόνο ένα μικρό μέρος των απογόνων, στην πραγματικότητα, επιτυγχάνει μια σταθερή χρωμοσωμική δομή χρήσιμη για γενετική βελτίωση. Αυτό απαιτεί πολλά χρόνια δοκιμών και ένα αποτέλεσμα που δεν είναι καθόλου εγγυημένο.
Υπάρχει μια άλλη εξίσου σημαντική πτυχή. «Όταν διασταυρώνετε, δεν μεταφέρετε μόνο το γονίδιο που σας ενδιαφέρει, αλλά και ολόκληρο το τμήμα του DNA που το περιβάλλει », παρατηρεί η Άννα Μαρία Μαστράντζελο. «Και μαζί με ένα γονίδιο ανθεκτικότητας, μπορείτε επίσης να φέρετε ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά , για παράδειγμα, που συνδέονται με κατώτερη ποιότητα κόκκων ή χαμηλότερη παραγωγικότητα » .
Τι είναι η cisgenesis και πώς χρησιμοποιήθηκε στο Svevo;
Για να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς, η ερευνητική ομάδα του Crea επέλεξε την οδό της cisgenesis . Πρόκειται για μια τεχνική που επιτρέπει την εισαγωγή σε ένα φυτό ενός γονιδίου από το ίδιο είδος ή από ένα σεξουαλικά συμβατό είδος . Επομένως, δεν πρόκειται για μεταφορά από μακρινούς οργανισμούς, διαγονιδιακό, αλλά για έναν τρόπο αναπαραγωγής ταχύτερα και με μεγαλύτερη ακρίβεια, κάτι που, τουλάχιστον θεωρητικά, θα μπορούσε επίσης να επιτευχθεί μέσω της συμβατικής διασταύρωσης .
Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι ερευνητές ξεκίνησαν με την ποικιλία σκληρού σιταριού Svevo , η οποία επιλέχθηκε τόσο για την ποιότητά της όσο και για την ευρεία χρήση της στις περιοχές καλλιέργειας δημητριακών της Νότιας Ιταλίας, καθώς και επειδή το γονιδίωμά της είναι διαθέσιμο και γνωστό. Το γονίδιο Lr67 από το μαλακό σιτάρι εισήχθη σε αυτό το γενετικό πλαίσιο.
Για να το πετύχει αυτό, η CREA χρησιμοποίησε τη βιολιστική μέθοδο , με μια προσέγγιση «καθαρισμού γονιδίων». Με άλλα λόγια, το γονίδιο απομονώθηκε με τις φυσικές ρυθμιστικές αλληλουχίες του και εισήχθη στο DNA του Svevo χωρίς να φέρει ξένες αλληλουχίες. «Μεταφέραμε μόνο την αλληλουχία του φυσικού γονιδίου, από τον υποκινητή στον τερματιστή, χωρίς εξωτερικές αλληλουχίες », εξηγούν οι ερευνητές.
Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα επειδή μας επιτρέπει να αποκτήσουμε φυτά που περιέχουν μόνο το γονίδιο που μας ενδιαφέρει . Το μειονέκτημα είναι ότι η διαδικασία διαλογής γίνεται πιο περίπλοκη: χωρίς τη χρήση δεικτών, οι ερευνητές έπρεπε να αναλύσουν μεγάλο αριθμό φυτών για να εντοπίσουν τα σωστά τροποποιημένα.
Πώς λειτουργεί το LR67 και γιατί θεωρείται «μαγικό» γονίδιο
Η αξία αυτής της έρευνας εξαρτάται φυσικά και από τον τύπο αντοχής που προσδίδει το Lr67. Δεν πρόκειται μόνο για ανοχή, αλλά για πραγματική αντοχή, που θεωρείται μακροχρόνια. «Πρόκειται για ένα γονίδιο που προσδίδει αντοχή σε ενήλικα φυτά και στις τρεις φυλές σκωρίασης των φύλλων και στο ωίδιο », τονίζει η Maria Borrelli. Δεν είναι τυχαίο ότι στη βιβλιογραφία, το Lr67 περιγράφεται συχνά ως « μαγικό γονίδιο », ακριβώς λόγω του ευρέος φάσματος δράσης του.
Σκληρό σιτάρι Svevo (αριστερά) και η ανθεκτική σειρά στο στάδιο του σπορόφυτου (δεξιά) (Πηγή φωτογραφίας: Κέντρο Δημητριακών και Βιομηχανικών Καλλιεργειών Crea της Φότζια)
Ο μηχανισμός με τον οποίο λειτουργεί είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρων. Δεν βασίζεται στην ακριβή αναγνώριση μίας μόνο πρωτεΐνης παθογόνου, έναν τύπο αλληλεπίδρασης που οι μύκητες συχνά καταφέρνουν να αποφύγουν μέσα σε λίγα χρόνια αναπτύσσοντας νέα στελέχη. Αντίθετα, το LR67 κωδικοποιεί έναν μεταφορέα ζάχαρης που μεταβάλλει τη διαθεσιμότητα ζάχαρης στα φυτικά κύτταρα, στερώντας ουσιαστικά από τον μύκητα θρεπτικά συστατικά. Αυτό εμποδίζει την ανάπτυξη του παθογόνου και η ασθένεια δεν εξελίσσεται.
Ακριβώς αυτός ο τρόπος δράσης καθιστά την αντοχή πιο ισχυρή με την πάροδο του χρόνου. «Πρόκειται για διασταυρούμενη αντοχή », εξηγούν οι Crea, « επειδή καλύπτει διαφορετικές φυλές, ακόμη και διαφορετικά είδη μυκήτων ». Αυτό δεν σημαίνει ότι η έρευνα μπορεί να σταματήσει εκεί. Όπως και με τα μυκητοκτόνα, τα παθογόνα εξελίσσονται συνεχώς και, ως εκ τούτου, ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι η συσσώρευση πολλαπλών γονιδίων αντοχής στο ίδιο φυτό, δημιουργώντας έτσι μια ακόμη πιο σταθερή και ολοκληρωμένη άμυνα.
Από τον θάλαμο ανάπτυξης στο περιορισμένο θερμοκήπιο
Το έργο της CREA δεν σταμάτησε στη μεταφορά γονιδίων. Οι ερευνητές επαληθεύουν επίσης πού εισήχθη το γονίδιο στο γονιδίωμα του Svevo και πόσα αντίγραφα υπάρχουν σε κάθε γραμμή. Αυτός είναι ένας απαραίτητος έλεγχος, επειδή η εισαγωγή γίνεται τυχαία και είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το LR67 δεν έχει διακόψει άλλα σημαντικά γονίδια .
«Πριν βγούμε στο πεδίο, πρέπει να ακολουθήσουμε ένα πολύ αυστηρό πρωτόκολλο για να κατανοήσουμε ακριβώς πού έχει εισαχθεί το γονίδιο και πόσα αντίγραφα υπάρχουν », εξηγεί η Daniela Marone. «Για να το κάνουμε αυτό, πρέπει να προσδιορίσουμε την αλληλουχία ολόκληρου του φυτού » .
Ωστόσο, οι αρχικές ενδείξεις είναι ενθαρρυντικές. Τα φυτά έχουν ήδη υποβληθεί σε τεχνητούς εμβολιασμούς υπό ελεγχόμενες συνθήκες και έχουν επιδείξει αντοχή σε παθογόνα. Το επόμενο βήμα θα είναι οι δοκιμές υπό πιο ρεαλιστικές συνθήκες.
Στα αριστερά, τα φυτά Svevo που έχουν προσβληθεί από τον μύκητα. Στα δεξιά, το τσάι Svevo που αντιστάθηκε στη μόλυνση. (Πηγή φωτογραφίας: Κέντρο Δημητριακών και Βιομηχανικών Καλλιεργειών Crea της Φότζια)
Η δοκιμή δεν θα πραγματοποιηθεί σε ανοιχτό πεδίο, αλλά μέσα σε ένα περιορισμένο θερμοκήπιο που έχει στηθεί στη Φότζια, με έδαφος αγρού και συστήματα συγκράτησης που συμμορφώνονται με τις κανονιστικές απαιτήσεις. Από αγρονομικής άποψης, αυτό είναι ουσιαστικά ισοδύναμο με μια δοκιμή αγρού , αλλά διεξάγεται σε ένα πιο προστατευμένο και ελεγχόμενο περιβάλλον.
Εδώ, δεν θα αξιολογηθεί μόνο η αντοχή στη σκωρίωση και το ωίδιο . Οι ερευνητές θα αναλύσουν επίσης όλες τις άλλες αγρονομικές παραμέτρους: την παραγωγικότητα, την ποιότητα των κόκκων, τη συνολική συμπεριφορά των φυτών και την απουσία ανεπιθύμητων ενεργειών σε συνθήκες απαλλαγμένες από παθογόνα. Επειδή μια νεοαναπτυγμένη σειρά είναι πραγματικά ενδιαφέρουσα μόνο εάν διατηρεί τα χαρακτηριστικά της αρχικής ποικιλίας, προσθέτοντας παράλληλα το νέο χαρακτηριστικό αντοχής.
Τα επόμενα βήματα: μεταξύ τεχνικών χρονοδιαγραμμάτων και νομικών ζητημάτων
Αν και τα προκαταρκτικά αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα, η πορεία από μια πειραματική γραμμή σε μια ποικιλία κατάλληλη για καλλιέργεια μεγάλης κλίμακας είναι ακόμη μεγάλη. Πρώτον, θα πρέπει να ολοκληρωθεί η αλληλούχιση , να επιλεγούν οι καλύτερες γραμμές, να ληφθούν οι απαραίτητες άδειες και να ξεκινήσουν οι δοκιμές πεδίου. Στη συνέχεια, θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί ο σπόρος , καθώς προς το παρόν οι διαθέσιμες ποσότητες είναι ακόμη πολύ περιορισμένες.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ακόμη και στο πιο ευνοϊκό σενάριο, θα χρειαστούν τουλάχιστον έξι έως επτά χρόνια για να αναπτυχθεί μια ποικιλία με εμπορικές φιλοδοξίες. Και αυτό χωρίς να ληφθούν υπόψη πιθανές καθυστερήσεις που σχετίζονται με τους κανονισμούς ή τη διαδικασία αδειοδότησης.
Έπειτα, υπάρχει το ζήτημα των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας . Το γονίδιο Lr67 είναι κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, γεγονός που εγείρει ένα σημαντικό ζήτημα σχετικά με την πιθανή εμπορική εκμετάλλευση του προκύπτοντος υλικού. Σε αυτό προστίθεται το ζήτημα της καταχώρισης της νέας ποικιλίας: δεν είναι ακόμη απολύτως σαφές πώς θα ταξινομηθεί ένα φυτό που διατηρεί την ταυτότητα του Svevo αλλά αποκτά ένα νέο και σημαντικό χαρακτηριστικό, όπως η αντοχή σε πολλαπλές ασθένειες .
Προς το παρόν, η Crea εργάζεται σε πειραματική βάση και αυτές οι πτυχές θα αντιμετωπιστούν επίσης σε νομικό και διοικητικό επίπεδο. Ωστόσο, είναι σαφές ότι, παράλληλα με την επιστημονική πρόκληση, υπάρχει και μια κανονιστική πρόκληση που θα επηρεάσει το χρονοδιάγραμμα και τις λεπτομέρειες της κυκλοφορίας στην αγορά.
Το άγριο σιτάρι παρέχει ένα ορυχείο χρήσιμων γονιδίων
Η έρευνα για το Lr67 αποκαλύπτει επίσης κάτι ευρύτερο. Δηλαδή, η αναπαραγωγή σιταριού εξακολουθεί να έχει ένα τεράστιο απόθεμα βιοποικιλότητας προς εξερεύνηση. Τα σιτάρια που καλλιεργούνται σήμερα είναι αποτέλεσμα εκτεταμένης επιλογής, η οποία έχει δώσει προτεραιότητα στην παραγωγικότητα, την αγρονομική προσαρμογή και την τεχνολογική ποιότητα. Σε αυτή τη διαδικασία, ωστόσο, έχει χαθεί μέρος της αρχικής γενετικής μεταβλητότητας .
Οι άγριοι συγγενείς του σιταριού , καθώς και πολλές αρχαίες ή ελάχιστα χρησιμοποιούμενες ποικιλίες, αντιπροσωπεύουν μια πραγματική γονιδιακή δεξαμενή από την οποία μπορεί κανείς να αντλήσει χρήσιμες ιδιότητες. Η αντοχή σε μύκητες και έντομα, η ανοχή στην ξηρασία, η αποδοτικότητα της χρήσης νερού και η ικανότητα προσαρμογής σε οριακά εδάφη ή υψηλότερες θερμοκρασίες είναι όλα χαρακτηριστικά που μπορούν να αποδειχθούν πολύτιμα σε μια γεωργία που είναι ολοένα και πιο εκτεθειμένη στην κλιματική μεταβλητότητα.
Σε αυτό το πλαίσιο, οι TEA δεν αντικαθιστούν την παραδοσιακή βελτίωση , αλλά προσφέρουν ένα επιπλέον εργαλείο. Επιτρέπουν την αναγνώριση ενός ενδιαφέροντος χαρακτηριστικού στην τεράστια τράπεζα γενετικού υλικού αρχαίων ποικιλιών και άγριων σιταριών και την ταχύτερη και ακριβέστερη μεταφορά τους σε σύγχρονα υλικά που ήδη εκτιμώνται από τους αγρότες και τη βιομηχανία, ειδικά σε ένα πλαίσιο όπου ο χημικός έλεγχος παρασίτων βρίσκεται υπό ολοένα και μεγαλύτερη πίεση και το κλίμα καθιστά τις συγκομιδές πιο αβέβαιες.
AgroNotizie
