A génszerkesztés forradalmasította a mezőgazdaságot, lehetővé téve táplálóbb rizs és megerősített paradicsomok előállítását. Azonban ezek az innovációk gyakran hosszadalmas, aprólékos munkafolyamat eredményei. A folyamat általában nem virágokkal vagy gumókkal kezdődik, hanem egyetlen növényi sejttel, amelynek DNS-ét módosítják, majd abból új növényt nevelnek.
A növényi sejtek regenerációja – a fejlődés kulcsa
A sikeres génszerkesztés egyik legnagyobb kihívása a sejtekből való növénynövesztés, azaz a regeneráció. Egyes fajok, mint például a burgonya vagy a paradicsom, kivételesen jól regenerálódnak, így néhány hónap alatt új növényt lehet előállítani egyetlen módosított sejtből. Más növények viszont, például a Capsicum nemzetségbe tartozó csípős paprikák, híresek arról, hogy ellenállnak a szövettenyésztésnek.
Gyorsabb regeneráció Texas Tech Egyetem kutatóitól
A Texas Tech Egyetem kutatói most egy új módszert dolgoztak ki, amely jelentősen lerövidíti a génszerkesztett növények regenerációs idejét hónapokról hetekre. Az erről szóló tanulmányt a Molecular Plant folyóiratban publikálták. Ez az új protokoll lehetővé teszi a kutatók számára, hogy gyorsabban vizsgálják meg, miként javítható az étrend és hogyan tehetők ellenállóbbá a növényfajok az éghajlatváltozás és hőmérséklet-ingadozások ellen.
“A növényregeneráció hosszú ideje jelentős korlátot jelentett a mezőgazdasági biotechnológiában,” mondta Gunvant Patil, a Texas Tech Egyetem növényi genomikai szakértője. “Módszerünk kihasználja a növények veleszületett regenerációs képességét, hogy gyorsan állítson elő génszerkesztett hajtásokat, megkerülve a hagyományos szövettenyésztés hónapjait.”
Hogyan működik az új génmódosítási technika?
A kutatók régóta küzdenek azzal, hogy bizonyos makacs növényfajokat in vitro körülmények között újra tudjanak nevelni. Patil és csapata úgy döntött, hogy teljesen elhagyja a hagyományos tenyésztőedényt, és egy másik fontos regenerációs útvonalat használ ki: azt, amely akkor lép működésbe, amikor egy növényt megsebzik.
Amikor egy növényt megsebeznek, vastag kallusz képződik a seb helyén, amely lezárja a sérült területet. Ezt követően aktiválódnak a sejtosztódási folyamatok, amelyek célja az elhalt szövet pótlása. Ez egy összetett mechanizmus, amely számos fehérjét von be. A regeneráció fő szabályozója egy wound-induced dedifferentiation 1 (WIND1) nevű fehérje.
A kutatók tudták, hogy a WIND1 segíthet felgyorsítani a növények újranövekedését, de emellett idegen genetikai elemeket is szerettek volna bejuttatni.
Az Agrobacterium szerepe a génmódosításban
Ehhez egy olyan baktériumot használtak fel, amely természetesen képes géneket átvinni egyik növényből a másikba: az Agrobacterium-ot. Ez az élő mikroorganizmus mára alapvető eszköz lett a genetikai mérnökségben.
Patil csapata módosította az Agrobacterium genomját úgy, hogy abba beépítették a WIND1 és más regenerációhoz kapcsolódó fehérjék kódját tartalmazó DNS-szakaszokat. Ezután kipróbálták az új génmódosítási stratégiát egy tesztnövényen: a dohány közeli rokonán, a Nicotiana benthamiana-n.
A kutatók levágták az N. benthamiana egyik hajtását, majd az átalakított Agrobacterium-t közvetlenül a sebhelyre juttatták. Fontos volt továbbá, hogy az átalakított baktérium tartalmazott egy olyan gént is, amely sárgászöld hajtásokat élénkpirosra festett.
Gyorsabb hajtásnövekedés és látványos eredmények
Néhány hét elteltével az N. benthamiana új hajtásokat hozott. A kutatócsoport megállapította, hogy az átalakított Agrobacterium felgyorsította a növény természetes regenerációs képességét: az új hajtások gyorsabban nőttek ki a sebhelyről. Az esetek mintegy 35%-ában ezek az új hajtások piros színűek voltak.
Néhány növény jobban regenerálódik – mások nehezebben
A dohányfélék családjába tartozó növények híresek erős regenerációs képességükről. Ezért Patilék kipróbálták módszerüket olyan fajokon is, amelyek ellenállóbbak az újranövekedéssel szemben.
A makacs szójabab esetében kezdetben nem sikerült piros hajtásokat előidézniük. Ezért módosított Agrobacterium-ukat csírázó szójamagokra vitték fel. Három hét szövettenyésztést követően átültették őket talajba – ekkor már több mint negyedükön (25% felett) piros hajtások jelentek meg.
“A hagyományos módszerekkel legalább három-négy hónapot kell tölteni szövettenyésztésben,” magyarázta Patil. “Ezzel az eljárással ez az idő három és fél hétre csökkent – ez hatalmas előrelépés.”
További fejlesztések és jövőbeli célok
A kutatócsoport tervezi módszerének továbbfejlesztését még nehezebben kezelhető kultúrákra is alkalmazva. Bár jelenleg a piros hajtások inkább esztétikai jellegűek, további fejlesztések révén akár ellenállóbb vagy ízletesebb terményeket is létrehozhatnak.
“Ez csak az első lépés,” mondta Patil. “Jelenleg azon dolgozunk, hogy finomhangoljuk ezt a technológiát olyan nehéz kultúrákra is alkalmazhatóvá téve, mint például csicseriborsó vagy közönséges bab.”
Összegzés
Az új genetikai mérnöki megközelítés áttörést jelenthet abban, hogy gyorsabban és hatékonyabban állítsunk elő génszerkesztett növényeket. Ez nemcsak lerövidíti a laboratóriumi munkafolyamatokat, hanem hozzájárulhat táplálóbb élelmiszerek és ellenállóbb mezőgazdasági kultúrák kifejlesztéséhez is – ami különösen fontos lehet az éghajlatváltozás okozta kihívások közepette.
Forrás: https://www.the-scientist.com/gene-edited-crops-grow-faster-with-a-little-help-from-bacteria-73708
