Ponad 20 lat po pierwszym ujawnieniu ludzkiego genomu naukowcy z Ludwig-Maximilians-Universität München i Instytutu Badań nad Hodowlą Roślin im. Maxa Plancka w Kolonii po raz pierwszy rozszyfrowali wysoce złożony genom ziemniaka. To wymagające technicznie badanie kładzie podwaliny biotechnologiczne do przyspieszenia hodowli bardziej wytrzymałych odmian – cel w hodowli roślin na wiele lat i ważny krok w kierunku globalnego bezpieczeństwa żywnościowego.
Kupując ziemniaki na dzisiejszym targu, kupujący mogą wracać do domu z odmianą, która była dostępna już ponad 100 lat temu. Popularne są tradycyjne odmiany ziemniaków. A jednak ten przykład podkreśla również brak różnorodności wśród dominujących odmian ziemniaków. Jednak może się to wkrótce zmienić: badaczom z grupy genetyka Korbiniana Schneebergera udało się wygenerować pierwszy pełny zestaw genomu ziemniaka. To otwiera drogę do hodowli nowych, wytrzymałych odmian:
„Ziemniaki stają się coraz bardziej integralną częścią diety na całym świecie, w tym nawet w krajach azjatyckich, takich jak Chiny, gdzie ryż jest tradycyjnym podstawowym pożywieniem. Opierając się na tej pracy, możemy teraz wdrożyć wspomaganą genomem hodowlę nowych odmian ziemniaków, które będą bardziej produktywne, a także odporne na zmiany klimatyczne – może to mieć ogromny wpływ na zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego w nadchodzących dziesięcioleciach”.
Szczególnie niska różnorodność sprawia, że rośliny ziemniaka są podatne na choroby. Może to mieć poważne konsekwencje, najbardziej dramatyczne podczas irlandzkiego głodu w latach 40. XIX wieku, kiedy przez kilka lat prawie cała uprawa ziemniaka gniła w ziemi, a miliony ludzi w Europie cierpiały z głodu tylko dlatego, że jedna uprawiana odmiana nie była odporna do nowo powstającej zarazy bulw. Podczas Zielonej Rewolucji lat 50. i 60. naukowcom i hodowcom roślin udało się osiągnąć duży wzrost plonów wielu naszych głównych podstawowych upraw, takich jak ryż czy pszenica. Jednak ziemniaki nie odnotowały porównywalnego wzrostu, a próby wyhodowania nowych odmian o wyższych plonach pozostają w dużej mierze nieskuteczne do dnia dzisiejszego.
Powód tego jest prosty, ale okazał się trudny do rozwiązania — zamiast dziedziczenia jednej kopii każdego chromosomu zarówno od ojca, jak i od matki (jak u ludzi), ziemniaki dziedziczą dwie kopie każdego chromosomu od każdego rodzica, co czyni je gatunkiem z czterema kopiami każdego chromosomu (tetraploidalny). Cztery kopie każdego chromosomu oznaczają również cztery kopie każdego genu, a to sprawia, że tworzenie nowych odmian, które posiadają pożądaną kombinację indywidualnych właściwości, jest bardzo trudne i czasochłonne; co więcej, wiele kopii każdego chromosomu sprawia, że rekonstrukcja genomu ziemniaka jest znacznie większym wyzwaniem technicznym niż w przypadku genomu ludzkiego.
Naukowcy pokonali tę odwieczną przeszkodę, stosując prostą, ale elegancką sztuczkę. Zamiast próbować odróżnić cztery, często bardzo podobne, kopie chromosomów od siebie, Korbinian Schneeberger wraz ze swoim kolegą Hequan Sun i innymi współpracownikami ominęli ten problem, sekwencjonując DNA dużej liczby pojedynczych komórek pyłkowych. W przeciwieństwie do wszystkich innych komórek, każda komórka pyłku zawiera tylko dwie losowe kopie każdego chromosomu; ułatwiło to rekonstrukcję sekwencji całego genomu.
Przegląd pełnej sekwencji DNA uprawianego ziemniaka może znacznie ułatwić hodowlę i już od wielu lat jest ambicją naukowców i hodowców roślin. Dysponując tymi informacjami, naukowcy mogą teraz łatwiej zidentyfikować warianty genów odpowiedzialne za pożądane lub niepożądane zjawiska.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Instytut Badań nad Hodowlą Roślin im. Maxa Plancka. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.