
03/02/2023
/NAJNOWSZE ODKRYCIA
/EGZOTYCZNE I DZIKIE DNA PSZENICY SZANSĄ NA „ODPORNE NA KLIMAT” UPRAWY
Globalne ocieplenie stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywnościowego i wymaga rozwoju odmian roślin uprawnych, które są odporne na przyszłą niestabilność klimatyczną.
Badacze z Institute w Norwich wspólnie z kolegami z Międzynarodowego Centrum Doskonalenia Kukurydzy i Pszenicy (CIMMYT) ocenili empirycznie 149 linii uprawnych pszenicy w warunkach potencjalnego plonu i w warunkach stresu cieplnego, dzięki czemu wykazali jak strategiczna integracja materiału egzotycznego znacząco zwiększa plon w warunkach stresu cieplnego.
Co więcej, udało się im wyznaczyć i wydzielić istotne warianty genów (allele) odpowiedzialne nie tylko za zwiększenie plonów, ale również obniżenie temperatury łanu aż o około 2°C!
Włączenie tych „egzotycznych” wariantów genów do programów hodowlanych mogłoby służyć jako strategia wyprzedzająca. Miałaby nie tylko pomóc w stworzeniu wysokoplennych odmian pszenicy, ale przede wszystkim takich, które byłyby odporne na skutki przyszłych niepewnych warunków klimatycznych.
—
Pszenica należy do najszerzej uprawianych roślin na świecie, zajmując ponad 216 milionów hektarów rocznie, z czego większość produkowana jest w warunkach umiarkowanych. Stres cieplny jest jednym z głównych fizykochemicznych czynników stresowych, które wpływają na globalną produkcję pszenicy, zmniejszając powierzchnię liści, długość uprawy oraz wydajność fotosyntezy, jak również zmniejszając płodność roślin i masę pojedynczego ziarna. Łącznie te fizjologiczne konsekwencje negatywnie wpływają na produktywność, co może mieć katastrofalne skutki.
Kolejnym czynnikiem, który może wpływać na przyspieszenie tempa destabilizacji uprawy pszenicy jest fakt, że mimo tak globalnej skali upraw, większość jej odmian ma ograniczoną zmienność genetyczną, co czyni je jeszcze bardziej podatnymi na zmiany klimatyczne.
"Pszenica odpowiada za około 20 procent kalorii spożywanych na świecie i jest powszechnie uprawiana na całym świecie. Nie wiemy jednak, czy uprawy, które sadzimy dzisiaj, będą w stanie poradzić sobie z jutrzejszą pogodą." – mówi prof. Anthony Hall.
W celu oceny potencjału uprawnego i podatności na zmiany tej rośliny, badacze przebadali, zarówno w warunkach polowych pustyni meksykańskiej Sonora, jak i laboratoryjnych, 149 linii uprawnych pszenicy, od szeroko stosowanych linii elitarnych do takich selektywnie wyhodowanych, w których DNA odmian klasycznych połączono z DNA odmian dzikich i uprawnych Meksyku i Indii.
Nasiona zostały wysiane o ok. 3 miesiące później niż zwykle, aby zmusić rośliny do wzrostu w gorętszych miesiącach, poddając te uprawy rodzajowi stresu cieplnego, który według przewidywań stanie się normą w miarę wzrostu temperatur na świecie.
Odkryto, że rośliny wyhodowane z egzotycznym DNA osiągnęły o 50 procent wyższe plony niż pszenica bez takiego genetycznego dodatku. Co więcej, linie egzotyczne nie radziły sobie gorzej niż linie elitarne w normalnych warunkach.
Naukowcy przeprowadzili sekwencjonowanie roślin, aby zlokalizować konkretne różnice genetyczne odpowiedzialne za zwiększoną tolerancję na ciepło. Zidentyfikowali markery, które mogłyby umożliwić ukierunkowane wprowadzenie tego korzystnego egzotycznego DNA do elitarnych linii, oferując szybki sposób na poprawę odporności na klimat i złagodzenie skutków powszechnych niepowodzeń upraw.
Najnowsze badania ukazują nową perspektywę dla ludzkości, która w miarę wzrostu demograficznego i zwiększania się zapotrzebowania na kalorie, musi radzić sobie z coraz bardziej ograniczonym obszarem uprawnym. Kierunkiem walki z negatywnymi skutkami zmian klimatycznych wydaje się być zatem korzystanie z niedocenianych do tej pory zasobów genetycznych dzikich krewnych i egzotycznych odmian pszenicy.
Źródło: Molero, G., Coombes, B., Joynson, R. et al. Exotic alleles contribute to heat tolerance in wheat under field conditions. Commun Biol 6, 21 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-022-04325-5
Cytat i dodatkowe informacje: https://www.earlham.ac.uk/news/exotic-wheat-dna-could-help-breed-climate-proof-crops
📸 Ujęcie z drona na polach pszenicy CIMMYT, w pobliżu Sonory, Meksyk. Credit: CIMMYT