Dadelpalm 2,5 år efter ympning. Insättning visar ett förstorat område vid basen av plantan, med pilspetsen pekar mot transplantatövergången. Kredit:Julian Hibberd
Forskare har hittat ett nytt sätt att kombinera två arter av gräsliknande växter inklusive banan, ris och vete, med hjälp av embryonal vävnad från deras frön. Tekniken gör att fördelaktiga egenskaper, såsom sjukdomsresistens eller stresstolerans, kan läggas till växterna.
Ympning är tekniken för att förena skottet på en växt med roten på en annan, så att de fortsätter att växa tillsammans som en. Hittills ansågs det vara omöjligt att ympa gräsliknande växter i den grupp som kallas enhjärtbladiga, eftersom de saknar en specifik vävnadstyp, kallad vaskulärt kambium, i stammen.
Forskare vid University of Cambridge har upptäckt att rot- och skottvävnader som tagits från frön från enhjärtbladiga gräs – som representerar deras tidigaste embryonala stadier – smälter samman effektivt. Deras resultat publiceras den 22 december 2021 i tidskriften Nature .
Uppskattningsvis 60 000 växter är enhjärtbladiga; många är grödor som odlas i enorm skala, till exempel ris, vete och korn.
Fyndet har konsekvenser för kontrollen av allvarliga jordburna patogener, inklusive Panamasjukan, eller "Tropical Race 4", som har förstört bananplantager i över 30 år. En nyligen accelererad spridning av denna sjukdom har lett till rädsla för global bananbrist.
"Vi har uppnått något som alla sa var omöjligt. Att ympa embryonal vävnad har verklig potential över en rad gräsliknande arter. Vi fann att även avlägset besläktade arter, åtskilda av djup evolutionstid, är transplantatkompatibla, säger professor Julian Hibberd vid University of Cambridges institution för växtvetenskaper, senior författare till rapporten.
Tekniken gör att enhjärtbladiga blomblad av samma art, och av två olika arter, kan ympas effektivt. Att ympa genetiskt olika rot- och skottvävnader kan resultera i en växt med nya egenskaper – allt från dvärgskott till skadedjurs- och sjukdomsresistens.
Forskarna fann att tekniken var effektiv i en rad enhjärtbladiga växter, inklusive ananas, banan, lök, tequila-agave och dadelpalm. Detta bekräftades genom olika tester, inklusive injektion av fluorescerande färgämne i växtrötterna – varifrån det sågs röra sig uppåt växten och över transplantatövergången.
"Jag läste tillbaka över årtionden av forskningsartiklar om ympning och alla sa att det inte kunde göras i enhjärtbladiga. Jag var envis nog att fortsätta – i flera år – tills jag bevisade att de hade fel”, säger Dr. Greg Reeves, Gates Cambridge-forskare vid University of Cambridge Department of Plant Sciences, och första författare till artikeln.
Han tillade:"Det är en akut utmaning att göra viktiga livsmedelsgrödor resistenta mot de sjukdomar som förstör dem. Vår teknik tillåter oss att lägga till sjukdomsresistens, eller andra fördelaktiga egenskaper som salttolerans, till gräsliknande växter utan att tillgripa genetisk modifiering eller långa avelsprogram.”
Världens bananindustri är baserad på en enda sort, kallad Cavendish-banan – en klon som tål långväga transporter. Utan genetisk mångfald mellan växter har grödan liten motståndskraft mot sjukdomar. Och Cavendish-bananer är sterila, så sjukdomsresistens kan inte födas in i framtida generationer av växten. Forskargrupper runt om i världen försöker hitta ett sätt att stoppa Panamasjukan innan den blir ännu mer utbredd.
Ympning har använts flitigt sedan antiken i en annan växtgrupp som kallas tvåhjärtbladiga. Tvåhjärtbladiga fruktträdgårdsgrödor inklusive äpplen och körsbär, och högvärdiga ettåriga grödor inklusive tomater och gurkor, produceras rutinmässigt på ympade växter eftersom processen ger fördelaktiga egenskaper – såsom sjukdomsresistens eller tidigare blomning.
Forskarna har ansökt om patent på sin ympningsteknik genom Cambridge Enterprise. De har också fått finansiering från Ceres Agri-Tech, ett kunskapsutbytespartnerskap mellan fem ledande brittiska universitet och tre välkända jordbruksforskningsinstitut.
"Panamasjukan är ett stort problem som hotar bananer över hela världen. Det är fantastiskt att University of Cambridge har möjligheten att spela en roll för att rädda en så viktig matskörd”, säger Dr Louise Sutherland, chef för Ceres Agri-Tech.
Referens:"Enhjärtbladiga växter ympar vid gränssnittet mellan embryonal rot och skott" av 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 och Julian M. Hibberd, 22 december 2021, Nature .
DOI:10.1038/s41586-021-04247-y
Ceres Agri-Tech, ledd av University of Cambridge, skapades och förvaltades av Cambridge Enterprise. Det har tillhandahållit translationell finansiering samt kommersialiseringsexpertis och stöd till projektet, för att skala upp tekniken och förbättra dess effektivitet.
