RAPORT

Prorosyjska era Tuska

Jeden gen – dwa razy więcej ryżu

Powielono gen ryżu (fot. Shutterstock/Suwan Wanawattanawong)
Powielono gen ryżu (fot. Shutterstock/Suwan Wanawattanawong)

Najnowsze

Popularne

Czasami trzeba wszystko tak bardzo zmienić, żeby nic się nie zmieniło, jak pouczał Leopardi w swoim „Lamparcie”. Czasem jednak udaje się zrobić coś zupełnie odwrotnego: zmienić nieznacznie, niemal niewidocznie, a wywołać lawinowe skutki. Jak się wydaje, z pożytkiem dla ludzi. To właśnie udało się agrotechnikom i genetykom roślin z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych (CAAS) pod kierunkiem Wenbina Zhou. Powstałej tak odmiany ryżu nie można nawet zasadniczo nazwać transgeniczną, gdyż… to jej własny gen powielono.

Transgeniczne komary już latają nad USA, czyli o genetycznych kamikadze

Zamiast masowego stosowania insektycydów, można do środowiska wypuścić genetycznie zmienione komary, które niosą w sobie gen zabójczy dla...

zobacz więcej

Czy to początek kolejnej zielonej rewolucji, pokaże najbliższy czas. Niewątpliwie jednak kolejne niezwykłe osiągnięcia chińskiej nauki na polu rolnictwa – ostatnio syntetyczna skrobia – tylko potwierdzają, że co najmniej w tej dziedzinie Chińczycy nie tylko, jak ujął to Wyspiański w „Weselu” trzymają się mocno, ale wręcz przewodzą .

 

Cóż zatem się stało takiego, że zasłużyło na publikację w „Science” i zwrócone oczy całego naukowego świata? Do tej pory, aby działać na niwie bioinżynierii roślin czy zwierząt, starano się uzyskać transgeniczne organizmy. Czyli do konkretnych genomów zapakowanych w komórki, z których z pewnym wysiłkiem da się uzyskać cały organizm (czyli tzw. macierzyste), „wrzucano” jakiś obcy gen, mający im nadać jakieś konkretne i pożądane właściwości. Czyli np. jakiś bakteryjny gen koduje truciznę przeciwko owadom, dodaje się go zatem do genomu ziemniaka i roślina przestanie być narażona na ataki podgryzających ją larw insektów.

 

Zobacz także: Naprawić zepsuty gen i ocalić życie

 

Dziś chińscy uczeni pokazali, że nie trzeba daleko szukać „korzystnych genów” – wystarczy przeskanować w ich poszukiwaniu genom samej rośliny uprawnej, np. ryżu. Zmiany bowiem, na których nam czasem zależy, nie są ze swej natury jakościowe, tylko ilościowe. Jeśli chodzi o plony zbóż, człowiek zawsze chciał więcej. I genetycy właśnie tego dostarczyli. Czterdzieści procent wyższy plon dzięki zdublowaniu jednego tylko genu, ale dość szczególnego.

Inteligentna ośmiornica i jej tajemniczy mózg

Odkręca słoiczek, o ile umieścimy tam przysmak? To na pewno trzylatek lub... ośmiornica. Trzeba mieć „łeb jak sklep” lub dokładniej – wyjątkowy...

zobacz więcej

Aby pojąć, trzeba zauważyć, że gdy geny działają – są aktywne – to de facto na ich matrycy powstaje RNA, z kolei zaś ten przerabiany jest na białka, które mają jakieś konkretne działanie. Są enzymami, transportują substancje wskroś błon czy przewodzą niezbędne informacje pomiędzy komórkami i w ich wnętrzu. Nie jest jednak tak, że geny w swej większości są aktywne zawsze, czy zawsze tak samo. Metabolizm musi być regulowany także na tym podstawowym genetycznym poziomie. Temu służą m.in. tzw. czynniki transkrypcyjne.

 

Częstokroć mają one charakter białkowy – a zatem też są kodowane przez geny zawarte w genomie danego organizmu. Takie czynniki transkrypcyjne sprawiają, że w odpowiedzi na jakiś sygnał (np. u roślin: światło czy jakieś substancje nawożące, woda, przymrozek etc.) konkretne geny są znacznie bardziej aktywne, niż zazwyczaj – powstaje więcej zakodowanego w nich białka, a to z kolei zwielokrotnia pracę, którą to białko ma wykonać dla organizmu rośliny.

 

Rozumnym jest zatem – gdy się bardzo dobrze pozna metabolizm danej rośliny, jej genom i jego działanie – wpływać na czynniki transkrypcyjne, bo one regulują aktywność wielu genów naraz. To tak, jakby zmienić menagerów, a nie podległych im pracowników – zasadniczo efekt może być większy. A najprostsza możliwa zmiana to sprawić, żeby czynnika było więcej albo mniej – po prostu wystarczy np. zdublować kodujący go gen. Założenie jest takie, że dla metabolizmu bywają istotne stosunki ilościowe pomiędzy czynnikiem a regulowaną przez niego sekwencja DNA. Nie jest to założenie błędne.

A przynajmniej nie w przypadku czynnika, który u ryżu odpowiada za tempo wchłaniania nawozu, fotosyntezy i kwitnienia. Odpowiada zatem za kierowanie zasobów z liści na nasiona. To są podstawowe elementy składowe tego, jak roślina plonuje. Zatem zintegrowane wpłynięcie na nie przez powielenie ilości czynnika transkrypcyjnego sprawia, że w „ryżowej fabryce” powstaje więcej jeszcze bardziej pełnych skrobi ziarenek. 

Te same geny u ośmiornicy „robią” soczewkę oka, u nas – kończyny

Najprościej rzecz ująwszy ewolucja działa na dwóch genetycznych zasadach, czy inaczej rzekłszy wg dwóch modeli. Jeden dało by się określić jako...

zobacz więcej

Jak wyjaśniają sami badacze, aby znaleźć kandydatów na stymulatory plonów, zespół kierowany przez Wenbina Zhou z CAAS przeczesał znane wcześniej 118 genów ryżu i kukurydzy, które kodują czynniki transkrypcyjne. Zespół Zhou starał się dowiedzieć, czy którykolwiek z genów został aktywowany w ryżu uprawianym w glebie o niskiej zawartości azotu, ponieważ zwiększenie ich aktywności w zwykłej glebie może skłonić roślinę do pobrania jeszcze większej ilości azotu… i wytworzenia większej ilości ziarna.

 

Zespół znalazł 13 genów, które włączały się, gdy ryż były uprawiany w glebie ubogiej w azot; 5 z nich doprowadziło do czterokrotnego lub większego zwiększenia poboru azotu. Wprowadzili dodatkową kopię jednego z nich, znanego jako OsDREB1C, do odmiany ryżu Nipponbare, łatwego do transformacji genetycznej, stosowanego zatem znacznie częściej w laboratorium niż na ryżowisku. Ten sam gen znokautowali w innych roślinach. Mieli zatem w ręku tak roślinę niezmienioną, jak pozbawioną tego czynnika transkrypcyjnego oraz mającą go w dwóch kopiach.

 

Czytaj także: Milczący DNA dużo powie, jeśli mu zadać odpowiednie pytania

 

Badania z wykorzystaniem izotopów radioaktywnych wykazały, że rośliny z dodatkowymi kopiami OsDREB1C pobierały dodatkowy azot przez korzenie i przenosiły go więcej na pędy. Zmodyfikowane rośliny były również lepiej wyposażone do fotosyntezy: miały około jednej trzeciej więcej chloroplastów w komórkach liści i około 38 proc. więcej enzymu kluczowego w fotosyntezie, zwanego RuBisCO. 

Kiedy pasożyty stają się bronią

„Każdy ma jakiegoś szczura, którego się boi” brzmiało najpoważniejsze dla mnie zdanie z „Roku 1984” Orwella. Dla bakterii takim szczurem są fagi,...

zobacz więcej

Na poletkach eksperymentalnych w trzech miejscach w Chinach o klimacie od umiarkowanego po tropikalny, obserwowanych przez 2-3 sezony wegetacyjne, „mocarny” laboratoryjny ryż dawał wyższe plony. Gdy gen OsDREB1C zduplikowano w wysokoplennej odmianie ryżu uprawianego powszechnie w Chinach, jego plon wzrósł o 40 proc. Ulepszono tym samym, i to znacząco, dobrą, wysokoplenną odmianę, a to już w agrotechnice wyczyn.

 

A że gen OsDREB1C ma swojego homologa (bardzo blisko spokrewniony wariant) w pszenicy, to i tam Chińczycy wprowadzili duplikację w odmianie laboratoryjnej, i w szklarni zobaczyli te same efekty dla zwiększenia fotosyntezy i przyspieszenia kwitnienia. Poszli zatem za ciosem i zduplikowali ten czynnik transkrypcyjny u rzodkiewnika, czyli roślinnego królika laboratoryjnego – Arabidopsis thaliana. Z tym samym skutkiem.


Twoje INFO - kontakt z TVP INFO


Chyba mamy początek nowej zielonej rewolucji… jeden gen, wiele niespokrewnionych roślin uprawnych o szybszym wzroście i plonach. Ja mam tylko pytanie dotyczące ewentualnego jałowienia gleb przez takie uprawy, mam nadzieję, że ktoś już na nie eksperymentalnie odpowiada.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej