Polacy dokonali przełomu w genetyce. Ich odkrycie ułatwi walkę z globalnym głodem?
Badania naukowców z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu pokazują, że proces naturalnego „tasowania” genów u roślin może być znacznie bardziej kontrolowany, niż dotąd sądzono. Wyniki opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Science Advances” otwierają nowe możliwości zarówno dla biologii molekularnej, jak i nowoczesnej hodowli roślin.
Każde nowe pokolenie roślin powstaje dzięki rekombinacji genetycznej, czyli wymianie fragmentów DNA pomiędzy chromosomami pochodzącymi od obojga rodziców. To właśnie ten proces odpowiada za powstawanie nowych kombinacji cech, takich jak odporność na choroby, tolerancja na suszę czy wydajność plonowania. Dla przyrody rekombinacja jest jednym z głównych mechanizmów napędzających ewolucję, a dla rolnictwa stanowi podstawę tworzenia nowych odmian roślin.
Problem polega jednak na tym, że wymiana fragmentów DNA nie zachodzi równomiernie w całym genomie. Są miejsca wyjątkowo aktywne, zwane hotspotami rekombinacji, ale istnieją też obszary, w których proces ten występuje bardzo rzadko. Od lat naukowcy podejrzewali, że wpływ na aktywność tych miejsc ma sposób upakowania DNA w komórce, czyli stan chromatyny. Dotąd brakowało jednak bezpośrednich dowodów pokazujących, że można świadomie sterować tym zjawiskiem. Zespół badawczy postanowił sprawdzić, czy aktywność hotspotów da się lokalnie zmieniać poprzez dostarczanie do nich odpowiednich regulatorów chromatyny. W badaniach wykorzystano modelową roślinę Arabidopsis thaliana oraz zmodyfikowaną technologię CRISPR/Cas9, która pozwala bardzo precyzyjnie kierować wybrane białka do konkretnych fragmentów genomu.
Przyspieszyć proces i zwiększyć jego skuteczność
Najważniejszy rezultat uzyskano po zastosowaniu białka JMJ14, które zmienia lokalny stan chromatyny. Naukowcy wykazali, że po skierowaniu tego regulatora do hotspotu rekombinacyjnego aktywność wymiany DNA wyraźnie się zmniejszała. Oznacza to, że stan chromatyny nie jest jedynie skutkiem aktywności rekombinacyjnej, ale realnie wpływa na to, gdzie i jak często dochodzi do wymiany materiału genetycznego. Znaczenie tych badań jest bardzo duże, ponieważ po raz pierwszy udało się tak precyzyjnie pokazać możliwość lokalnego sterowania rekombinacją w genomie rośliny. To ważny krok w kierunku lepszego rozumienia mechanizmów dziedziczenia i funkcjonowania genomu.
W praktyce odkrycie może mieć duże znaczenie dla przyszłości rolnictwa i hodowli roślin. Obecnie tworzenie nowych odmian często wymaga wielu lat selekcji i krzyżowania roślin w nadziei na uzyskanie pożądanych kombinacji cech. Możliwość bardziej świadomego kierowania rekombinacją mogłaby w przyszłości przyspieszyć ten proces i zwiększyć jego skuteczność. Dzięki temu łatwiejsze mogłoby stać się łączenie cech takich jak odporność na choroby, lepsze plonowanie czy większa odporność na skutki zmian klimatu.
Choć badania mają jeszcze charakter podstawowy i zostały przeprowadzone na roślinie modelowej, pokazują nowy kierunek rozwoju biologii roślin. Coraz lepsze poznanie mechanizmów sterujących wymianą DNA może w przyszłości pomóc tworzyć odmiany lepiej przystosowane do trudniejszych warunków środowiskowych i rosnących potrzeb współczesnego rolnictwa.
Źródło: UAM w Poznaniu
Czytaj też: Niewydolność serca można zatrzymać znacznie wcześniej. Te dwie metody ratują życie!
Grafika tytułowa: Daniel Öberg / Unsplash
