Jeśli tuż przed zbiorem jęczmienia spadną deszcze, dojrzałe zboże może zacząć przedwcześnie kiełkować. Kiełkujący jęczmień ma niską jakość i osiąga bardzo niskie ceny rynkowe. Pogłębienie się zmian klimatycznych jeszcze nasila ten problem.

Kiełkowania przed zbiorami można uniknąć, przedłużając okres spoczynku ziarna poprzez manipulację genetyczną. Jednak taki stan uśpienia może zakłócać produkcję słodu, a także powodować nierównomierne kiełkowanie po siewie. Dlatego konieczne jest zachowanie równowagi.

Zespół kierowany przez profesora nadzwyczajnego dr Hiroshi Hisano z Okayama University w Japonii przedstawił propozycję rozwiązania tego problemu. Aby uzyskać "idealny" jęczmień, naukowcy zastosowali najnowszą technologię manipulacji genami — edycję genów opartą na CRISPR/Cas9.

„Uznaliśmy potrzebę strategicznego manipulowania uprawami, aby przetrwać skutki stale zaostrzających się zmian klimatycznych. Ponieważ współpracująca z nami grupa badawcza rozwinęła już wiedzę specjalistyczną w zakresie precyzyjnej edycji genomu jęczmienia, postanowiliśmy początkowo pójść tą samą drogą. Ponadto wcześniejsze badania wskazały określone geny spoczynku ziarna i nasion w jęczmieniu, zwane qsd1 i qsd2. Dlatego nasz modus operandi był całkiem jasny" - powiedział prof. Hisano.

Naukowcy genetycznie zmanipulowali próbki cenionej odmiany jęczmienia „Golden Promise” za pomocą ukierunkowanej mutagenezy CRISPR/Cas9, aby były pojedynczymi mutantami (qsd1 lub qsd2) lub podwójnymi mutantami (qsd1 i qsd2). Następnie przystąpili do wykonywania testów kiełkowania na wszystkich zmutowanych i niezmutowanych próbkach.

Wszystkie mutanty wykazywały opóźnione kiełkowanie. Ich kiełkowaniu sprzyjało traktowanie 3 proc. nadtlenkiem wodoru oraz wystawienie na działanie niskich temperatur. Mutacja qsd1 u pojedynczych mutantów częściowo ograniczyła długi okres spoczynku ziarna, a mutanty ze zmianami qsd2 mogły kiełkować w ciemności, ale nie w świetle. Ponadto wszystkie mutanty wykazywały nagromadzenie kwasu abscysynowego. Jednak samo nagromadzenie kwasu abscysynowego nie może utrzymać długotrwałego spoczynku ziarna, które jest ważne dla produkcji wysokiej jakości jęczmienia.

„Dzięki technologii CRISPR/Cas9 mogliśmy z powodzeniem wyprodukować zmutowany jęczmień, który był odporny na kiełkowanie przed zbiorami. Ponadto nasze badanie nie tylko wyjaśniło rolę qsd1 i qsd2 w kiełkowaniu lub uśpieniu ziarna, ale również wykazało, że qsd2 odgrywa bardziej znaczącą rolę” - podkreślił dr Hisano.

Autorzy badania wyrażają nadzieję, że dzięki ulepszonym technikom biotechnologicznym będą w stanie rozwiązać problemy związane z żywnością i środowiskiem, z którymi borykają się obecnie ludzie na całym świecie.(PAP)

Autor: PawełWernicki

pmw/ zan/