Genomika roślin przeszła długą drogę od momentu, gdy w laboratorium Cold Spring Harbor (CSHL) zsekwencjonowano pierwszy genom rośliny, ale opracowanie idealnej uprawy nadal jest “grą losową”. Okazuje się bowiem, że dokonanie tej samej mutacji u dwóch różnych gatunków nie zawsze daje te same efekty. Pytanie “dlaczego” przez długi czas pozostawało bez odpowiedzi.
Czytaj też: Rośliny ostrzegają się nawzajem przed niebezpieczeństwem. Poznaliśmy ich sekretny język
Na przykładach roślin pomidora i rzodkiewnika pospolitego mogą zobaczyć, że kluczem do tego są różnorodne systemy regulacyjne wykorzystywane przez ten sam gen. Szczegóły opisano w czasopiśmie PLOS Genetics.
Nie wszystkie rośliny ewoluują w taki sam sposób
Naukowcy wykorzystali edycję genomu do stworzenia ponad 70 zmutowanych odmian pomidorów i rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana). Każda mutacja usuwała fragment regulatorowego DNA wokół genu znanego jako CLV3. Następnie przeanalizowali wpływ mutacji na wzrost i rozwój roślin, a kiedy DNA kontrolujące CLV3 zostało zbyt mocno zmutowane, wzrost owoców eksplodował.
Czytaj też: Tak rośliny wabią owady. Wreszcie mamy dowody
Dr Danielle Ciren z CSHL School of Biological Sciences mówi:
CLV3 pomaga roślinom normalnie się rozwijać – bez niego wyglądałyby one zupełnie inaczej. Wszystkie owoce byłyby olbrzymie i nieidealne. Trzeba zrównoważyć wzrost i plony. Jeśli roślina ma gigantyczne pomidory, ale tylko dwa, czy jest to tak samo korzystne, jak w przypadku wielu, ale mniejszych owoców? Nie ma prostego rozwiązania. Zawsze coś poświęcasz, próbując ulepszyć coś.
W przypadku pomidorów mutacje na początku, ale nie na końcu genu CLV3, dramatycznie wpływają na wielkość owoców. W przypadku rzodkiewników fragmenty wokół obu części genu zostały zmienione. Oznacza to, że w ciągu ostatnich 125 milionów lat wydarzyło się coś, co spowodowało odmienną ewolucję tych roślin. To, co dokładnie się wydarzyło, pozostaje tajemnicą.
Dr Danielle Ciren wyjaśnia:
Nie można wrócić do wspólnego przodka, ponieważ już go nie ma. Trudno więc powiedzieć, jaki był pierwotny stan i jak doszło do wymieszania genów. Najprostszym wyjaśnieniem jest to, że istnieje element regulacyjny, który został zachowany w pewnym stopniu i został zmieniony w subtelny sposób.
Pewne jest, że regulacja genetyczna nie jest jednakowa u różnych gatunków roślin. Odkrycie tych różnic genetycznych może pomóc w uczynieniu inżynierii genomu roślin uprawnych bardziej przewidywalną. Byłoby to wielką wygraną nie tylko dla nauki, ale także dla rolników i hodowców roślin na całym świecie.