“Cudowny chleb” – tajemnica zapisana w genach pszenicy

W przeciwieństwie do ludzi właśnie, którzy mają po dwie kopie każdego genu – po jednej od każdego z rodziców – rośliny pszenicy chlebowej mają sześć kopii genu – czyli po trzy dziedziczone od jednego „rodzica”. Tak jak w przypadku ludzi, geny te współgrając ze sobą, wypracowują cechy i właściwości pozwalające roślinie na przetrwanie i rozmnażanie się. Zjawisko ekspresji genów w pszenicy jest złożone nie tylko z uwagi na wiele występujących w niej ich wariantów, z których każdy potencjalnie może być aktywny w określonych warunkach. Badania wskazują też na aktywność kombinacji genów w wytwarzaniu cech, które różnią się od cech wytwarzanych przez pojedynczy gen.

Badacze odkryli, że więcej niż 10% genów może podlegać opisanemu fenomenowi i że to jest najprawdopodobniej przyczyną światowego sukcesu pszenicy chlebowej. Poza tym stosunkowo wiele genów – ponad 1,7% – mogłoby według nich „kandydować” do dalszych badań i hodowli selektywnej mającej na celu próbę wyprowadzenia nowych linii pszenicy o wyższym potencjale plonowania czy też większej odporności na czynniki środowiska, między innymi na ocieplenie klimatu.

„Według najnowszych szacunków populacja ludzka w 2050 roku ma sięgnąć 9 miliardów, co zmusza do zwiększania plonu pszenicy w tempie 2% rocznie na jednostkę powierzchni” – mówi Bikram S. Gill z Uniwersytetu Stanowego Kansas, zaangażowany w badania. „Pszenica jest podstawą, kluczem do lepszej jakości życia dla miliardów.”

W celu przeprowadzenia analiz, autorzy podjęli próbę odtworzenia wydarzeń mających miejsce w trakcie ewolucji gatunku, prowadzących do spontanicznego pojawienia się pszenicy chlebowej w naturze. Aby tego dokonać, skrzyżowali diploidalnych i tetraploidalnych przodków (odpowiednio o podwójnym i poczwórnym komplecie genów), otrzymując syntetyczną linię pszenicy w warunkach laboratoryjnych. Następnie, przy użyciu tzw. czytników (chipów) genetycznych, dokonali jednoczesnych pomiarów ekspresji genów w liniach rodzicielskich i w linii pszenicy-potomka.

Otrzymane w ten sposób dane zweryfikowały powszechne przekonanie o pochodzeniu cech pszenicy z prostej ekspresji genów. Skłoniły do hipotezy, że są one raczej wynikiem skomplikowanej serii interakcji między genami.

„Artykuł ten jest przykładem wciąż nowo odkrywanych źródeł zmienności genetycznej, prowadzących do zadziwiającej różnorodności życia” – mówi Mark Johnson, redaktor naczelny magazynu Genetics. „Autorzy ukazują, że  nasi przodkowie, w poszukiwaniu możliwości wyżywienia samych siebie, wykorzystywali zmienność ekspresji genów w krzyżówkach pszenicy.”

„Potrzeba sprzyjania rozwojowi zrównoważonego rolnictwa nie słabnie, a autorzy czynią tu istotny krok w kierunku zrozumienia rośliny uprawnej o kluczowym znaczeniu dla naszej egzystencji. To badanie nadaje całkowicie nowe znaczenie powiedzeniu „Wonder bread” (cudowny chleb).”

Opracowanie: Wanda Cegiełkowska
Na podstawie: „Greatest thing since sliced bread: New data offer important clues toward improving wheat yields” Tracey DePellegrin Connolley; za EurekAlert!