När tre specifika genetiska mutationer kombineras och justeras helt rätt, kan forskare förvandla tomatplantor till extremt kompakta buskar som är idealiska för urbant jordbruk. Bara två av dessa mutationer (insert, vänster) förkortar de normalt vinliknande växterna att växa på ett fält, men alla tre (insert, höger) får deras frukter att klasa som druvor. Forskare skär bort växtens blad för att få en tydligare bild av de nya tomaterna. Kredit:Lippman lab/CSHL, 2019
Genetisk redigering flyttar tomatgrödor från åkern till stadens skyline, eller till och med yttre rymden. Forskare använde CRISPR-genredigering för att optimera tomater för urbant jordbruk.
Bönder kan snart odla tomater samlade som druvor i en förvaringsenhet, på taket av en skyskrapa eller till och med i rymden. Det är om en koppling av nya genredigerade grödor visar sig vara lika fruktbar som den första satsen.
Det primära målet med den här nya forskningen är att konstruera ett bredare utbud av grödor som kan odlas i stadsmiljöer eller andra platser som inte är lämpliga för växttillväxt, säger Cold Spring Harbor Laboratory Professor och HHMI-utredare Zach Lippman, som leder labbet som designade "stadsjordbrukstomater."
Dessa nya genredigerade tomatplantor ser inte ut som de långa vinstockar som du kan hitta växande i en trädgårdsträdgård eller på jordbruksfält. Den mest anmärkningsvärda egenskapen är deras buntade, kompakta frukt. De liknar en bukett vars rosor har ersatts av mogna körsbärstomater. De mognar också snabbt och producerar mogen frukt som är redo för skörd på mindre än 40 dagar. Och du kan äta dem.
"De har en fantastisk liten form och storlek, de smakar gott, men det beror naturligtvis på personliga preferenser," sa Lippman.
Viktigast av allt är att de är miljövänliga.
"Detta visar hur vi kan producera grödor på nya sätt, utan att behöva riva upp marken så mycket eller lägga till för mycket gödselmedel som rinner ut i floder och bäckar," sa Lippman. "Här är ett kompletterande tillvägagångssätt för att hjälpa människor mata, lokalt och med ett minskat koldioxidavtryck."
Det är goda nyheter för alla som är oroade över klimatförändringarna. Tidigare i år varnade FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar (IPCC) för att mer än 500 miljoner människor lever på mark som redan försämrats av avskogning, förändrade vädermönster och överanvändning av livskraftig odlingsmark. Genom att flytta en del av bördan av att odla världens grödor till städer och andra områden, finns det hopp om att desperat missbruk av mark kommer att sakta ner.
Stadsjordbrukssystem kräver ofta kompakta växter som kan placeras eller staplas i trånga utrymmen, till exempel i odling i lager i lager eller i ombyggda lagringsbehållare. För att kompensera för skörden som begränsas av begränsat utrymme, kan urbana gårdar arbeta året runt under klimatkontrollerade förhållanden. Det är därför det är fördelaktigt att använda växter som kan odlas och skördas snabbt. Fler skördar per år ger mer mat, även om utrymmet som används är mycket litet.
Lippman och hans kollegor skapade de nya tomaterna genom att finjustera två gener som styr övergången till reproduktiv tillväxt och växtstorlek, generna SELF PRUNING (SP) och SP5G, vilket fick växten att sluta växa tidigare och blomma och frukt tidigare. Men Lippmans labb visste att det bara kunde modifiera SP systergener bara så mycket innan de byter ut smak eller avkastning för ännu mindre växter.
"När du leker med växtmognad, leker du med hela systemet, och det systemet inkluderar sockerarterna, var de tillverkas, vilket är bladen och hur de fördelas, vilket är till frukterna, ” sa Lippman.
Lippmans team letade efter en tredje spelare och upptäckte nyligen genen SIER , som styr längden på stjälkarna. Muterar SIER med CRISPR-genredigeringsverktyget och att kombinera det med mutationerna i de andra två blommande generna skapade kortare stjälkar och extremt kompakta växter.
Lippman förfinar denna teknik, publicerad i de senaste numren av Nature Biotechnology , och hoppas att andra kommer att bli inspirerade att prova det på andra fruktgrödor som kiwi. Genom att göra skördar och skördar kortare tror Lippman att jordbruket kan nå nya höjder.
"Jag kan berätta att NASA-forskare har uttryckt ett visst intresse för våra nya tomater," sa han.
Även om det första fartyget till Mars förmodligen inte kommer att ha en egen gård, kan astronauter fortfarande få testa sina gröna tummar med urbaniserade, rymdfarliga tomater.
Referens:"Rapid customization of Solanaceae fruit crops for urban agriculture" av Choon-Tak Kwon, Jung Heo, Zachary H. Lemmon, Yossi Capua, Samuel F. Hutton, Joyce Van Eck, Soon Ju Park och Zachary B. Lippman, 23 december 2019, Nature Biotechnology .
DOI:10.1038/s41587-019-0361-2
Denna forskning stöddes av Howard Hughes Medical Institute, Rural Development Administration, National Research Foundation of Korea, USDA National Institute of Food and Agriculture och National Science Foundation.
