Palma daktylowa 2,5 roku po szczepieniu. Wstawka pokazuje powiększony obszar u podstawy rośliny, z grotem strzałki skierowanym do połączenia przeszczepu. Źródło:Julian Hibberd
Naukowcy znaleźli nowy sposób na połączenie dwóch gatunków roślin podobnych do trawy, w tym banana, ryżu i pszenicy, wykorzystując tkankę embrionalną z ich nasion. Technika pozwala na dodanie do roślin korzystnych cech, takich jak odporność na choroby lub tolerancja na stres.
Szczepienie to technika łączenia pędu jednej rośliny z korzeniem innej, dzięki czemu rosną razem jako jedna. Do tej pory uważano za niemożliwe szczepienie roślin podobnych do traw z grupy zwanej jednoliściennymi, ponieważ nie mają one w łodydze specyficznego typu tkanki, zwanego kambium naczyniowym.
Naukowcy z University of Cambridge odkryli, że tkanki korzeni i pędów pobrane z nasion traw jednoliściennych – reprezentujących najwcześniejsze stadia embrionalne – skutecznie się łączą. Ich wyniki opublikowano 22 grudnia 2021 r. w czasopiśmie Nature .
Szacuje się, że 60 000 roślin to rośliny jednoliścienne; wiele z nich to rośliny uprawiane na ogromną skalę, na przykład ryż, pszenica i jęczmień.
Odkrycie ma wpływ na kontrolę poważnych patogenów glebowych, w tym choroby panamskiej lub „wyścigu tropikalnego 4”, który niszczy plantacje bananów od ponad 30 lat. Niedawne przyspieszenie rozprzestrzeniania się tej choroby wywołało obawy przed globalnymi niedoborami bananów.
„Osiągnęliśmy coś, o czym wszyscy mówili, że jest niemożliwe. Szczepienie tkanki embrionalnej ma prawdziwy potencjał dla wielu gatunków trawiastych. Odkryliśmy, że nawet odległe spokrewnione gatunki, oddzielone głębokim czasem ewolucyjnym, są kompatybilne z przeszczepem” – powiedział profesor Julian Hibberd z Wydziału Nauk Roślinnych Uniwersytetu Cambridge, starszy autor raportu.
Technika ta umożliwia skuteczne szczepienie jednoliściennych tego samego gatunku i dwóch różnych gatunków. Szczepienie genetycznie różnych tkanek korzeni i pędów może dać roślinie nowe cechy – od pędów karłowatych po odporność na szkodniki i choroby.
Naukowcy odkryli, że technika ta była skuteczna w przypadku szeregu jednoliściennych roślin uprawnych, w tym ananasa, banana, cebuli, agawy tequili i palmy daktylowej. Zostało to potwierdzone w różnych testach, w tym wstrzyknięciu barwnika fluorescencyjnego do korzeni roślin – skąd widać było ruch w górę rośliny i przez złącze przeszczepu.
„Przeczytałem przez dziesięciolecia artykuły naukowe na temat szczepienia i wszyscy mówili, że nie można tego zrobić u jednoliściennych. Byłem na tyle uparty, by iść dalej – przez lata – dopóki nie udowodniłem, że się mylą” – powiedział dr Greg Reeves, stypendysta Gates Cambridge na Wydziale Nauk Roślinnych Uniwersytetu Cambridge i pierwszy autor artykułu.
Dodał:„To pilne wyzwanie, aby ważne rośliny uprawne były odporne na choroby, które je niszczą. Nasza technika pozwala nam dodać odporność na choroby lub inne korzystne właściwości, takie jak tolerancja na sól, roślinom trawiastym bez uciekania się do modyfikacji genetycznych lub długich programów hodowlanych”.
Światowy przemysł bananowy opiera się na jednej odmianie, zwanej bananem Cavendish – klonie, który może wytrzymać transport na duże odległości. Przy braku różnorodności genetycznej między roślinami uprawa ma niewielką odporność na choroby. Banany Cavendish są sterylne, więc nie można wyhodować odporności na choroby w przyszłych pokoleniach rośliny. Grupy badawcze na całym świecie próbują znaleźć sposób na powstrzymanie choroby panamskiej, zanim stanie się jeszcze bardziej rozpowszechniona.
Szczepienie było szeroko stosowane od starożytności w innej grupie roślin zwanej dwuliściennymi. Rośliny sadownicze dwuliścienne, w tym jabłka i wiśnie, oraz wysokowartościowe rośliny jednoroczne, w tym pomidory i ogórki, są rutynowo produkowane na roślinach szczepionych, ponieważ proces ten zapewnia korzystne właściwości, takie jak odporność na choroby lub wcześniejsze kwitnienie.
Naukowcy złożyli patent na swoją technikę szczepienia za pośrednictwem Cambridge Enterprise. Otrzymali również fundusze od Ceres Agri-Tech, partnerstwa wymiany wiedzy między pięcioma wiodącymi brytyjskimi uniwersytetami i trzema renomowanymi instytutami badań rolniczych.
„Choroba Panamska to ogromny problem zagrażający bananom na całym świecie. To fantastyczne, że Uniwersytet Cambridge ma możliwość odegrania roli w ratowaniu tak ważnej uprawy żywności” – powiedziała dr Louise Sutherland, dyrektor Ceres Agri-Tech.
Odniesienie:„Przeszczep roślin jednoliściennych na styku embrionalnego korzenia i pędu” autorstwa Gregory Reeves, Anoop Tripathi, Pallavi Singh, Maximillian R. W. Jones, Amrit K. Nanda, Constance Musseau, Melanie Craze, Sarah Bowden, Joseph F. Walker, Alison R. Bentley, Charles W. Melnyk i Julian M. Hibberd, 22 grudnia 2021, Nature .
DOI:10.1038/s41586-021-04247-y
Ceres Agri-Tech, kierowana przez Uniwersytet Cambridge, została stworzona i zarządzana przez Cambridge Enterprise. Zapewnił finansowanie translacyjne, a także wiedzę fachową na temat komercjalizacji i wsparcie dla projektu, aby zwiększyć skalę techniki i poprawić jej wydajność.
