Kukurydza jest rośliną o ogromnym znaczeniu ekonomicznym, zwłaszcza w Ameryce Północnej. Stany Zjednoczone są od lat światowym liderem w uprawie tej rośliny. Większa część jej upraw przeznaczana jest do produkcji żywności, przez co przyczynia się do wykarmienia miliardów ludzi zamieszkujących Ziemię. Dodatkowo wykorzystywana jest również jako surowiec przy produkcji biopaliw - tutaj z kolei światowym liderem jest Brazylia, gdzie wytwarza się największe ilości bioetanolu na świecie. Biorąc pod uwagę, że światowa populacja oscyluje obecnie w granicy 6 miliardów ludzi, a do połowy obecnego stulecia prawdopodobnie osiągnie 8 czy nawet 9 miliardów, racjonalna wydaje się chęć zwiększenia plonów najpopularniejszych roślin uprawnych, w tym z pewnością kukurydzy.

Zespół badaczy z CSHL, któremu przewodniczy profesor David Jackson od ponad dekady zajmował się badaniami i wymyślaniem nowych możliwości genetycznych modyfikacji kukurydzy. Ich nadrzędnym celem było zwiększenie ilości nasion, które znajdują się w każdej kukurydzianej kolbie. Artykuł podsumowujący ich pracę i osiągnięcia ukazał się niedawno w Nature Genetics.

Wiadomo, że wzrost i rozwój rośliny jest zależny od tkanki twórczej. Jest ona złożona z komórek o cienkich ścianach, we wnętrzu których znajduje się centralnie położone jądro i niewielkie wakuole. Jest to swego rodzaju zbiór roślinnych odpowiedników komórek macierzystych. Kiedy wpływają na nie odpowiednie sygnały genetyczne, komórki tkanki twórczej różnicują się w różne roślinne organy, takie jak liście czy kwiaty. Prof. Jackson zainteresował się mechanizmami, które wpływają na wzrost rośliny oraz jej wydajność w produkcji nasion. Według wymyślonej przez niego teorii, jeżeli wpłynie się na zwiększenie rozmiaru tkanki twórczej odpowiedzialnej za tworzenie kwiatostanu, zapewni się w efekcie więcej przestrzeni dla rozwoju struktur, które staną się ziarnami. Ta teoria doprowadziła do odkrycia genu, który później nazwano FASCIATED EAR2 (FEA2).

W najnowszych badaniach zespół z CSHL wykazał, że jeśli w roślinie znajdzie się słabsza wersja genu FEA2 (czyli takiego gdzie kodowane białka są osłabione, ale nadal funkcjonalne), jest możliwe zwiększenie rozmiarów tkanki twórczej. To z kolei prowadzi, zgodnie z przewidywaniami prof. Jacksona, do zwiększenia liczby rzędów w których tworzą się nasiona w kolbie kukurydzy, oraz samej liczby nasion w każdym z nich. W niemodyfikowanej kukurydzy liczba rzędów waha się od 14 do 16, dając w sumie średnio 256 nasion na kolbę. Modyfikowana kukurydza stworzona w CSHL miała od 18 do 20 rzędów nasion, wytwarzając średnio 289 ziaren - jest to wzrost wydajności na poziomie 13%. Dodatkowo, w zmodyfikowanej roślinie nie wystąpiły efekty uboczne, takie jak zmniejszenie długości kolby, czy jej deformacje.

Kolejnym etapem w badaniach zespołu prof. Jacksona ma być skrzyżowanie zmodyfikowanej kukurydzy ich autorstwa z najlepszymi odmianami kukurydzy uprawianymi obecnie. Taka krzyżówka może potencjalnie zapewnić jeszcze większe plony. Pozostaje mieć nadzieję, że to i podobne odkrycia przyczynią się w przyszłości do zwiększenia wydajności istotnych gospodarczo upraw. Być może pomogą krajom borykającym się z deficytem żywności już niedługo.

Przeczytaj również:

Epigenetyka nowotworów - czy nowe odkrycia pomogą w walce z chorobą?

Dezodoranty - czy na pewno wszyscy ich potrzebują?

Tomasz Domagała
Portal Biotechnologia.pl

Źródła:

http://www.cshl.edu/Article-Jackson/plant-scientists-at-cshl-demonstrate-new-means-of-boosting-maize-yields

Jackson D., Nagasawa N.S., Bommert P. (2013) Quantitative variation in maize kernel row number is controlled by the FASCIATED EAR2 locus; Nature Genetics