Skuteczne i przyjazne dla środowiska metody zwalczania chwastów
Wiele roślin posiada własne systemy obrony chemicznej, obejmujące swoisty arsenał środków do walki z owadami, patogenami i innymi gatunkami. Rośliny uprawne nie są wyjątkiem. Tego rodzaju chemiczne mechanizmy obronne bywają bardzo zróżnicowane; w niektórych przypadkach są wręcz specyficzne dla jednego gatunku. „Nie rozumiemy, w jaki sposób niektóre gatunki roślin są w stanie tolerować ataki chemiczne ze strony chwastów, dlatego postanowiliśmy badać cząsteczki będące celami fitotoksyn pochodzenia roślinnego i określić składniki genetyczne, które odpowiadają za tolerancję na te substancje”, wyjaśnia Claude Becker, koordynator projektu FEAR-SAP, prowadzonego przez Uniwersytet Ludwika i Maksymiliana w Monachium. Becker wraz ze swoim zespołem skupili się na benzoksazynoidach - chemicznych substancjach wykorzystywanych przez rośliny do obrony, wytwarzanych przez wiele traw, w tym kluczowe rośliny uprawne, takie jak kukurydza, pszenica i żyto. „Zastosowane przez nasz zespół podejście nie miało sobie równych wśród dotychczasowych badań. Do tej pory oddziaływania między roślinami były analizowane z perspektywy biochemicznej i ekologicznej, jednak nigdy przez zastosowanie metod z dziedzin genomiki i genetyki w połączeniu z badaniem mikroflory roślin w końcowej fazie oddziaływania”, wyjaśnia badacz.
Wykorzystanie fitotoksyn w celu ochrony roślin uprawnych
W ramach projektu FEAR-SAP, którego realizację sfinansowała Europejska Rada ds. Badań Naukowych, zespół skupił się na dwóch głównych pytaniach: W jaki sposób benzoksazynoidy oddziałują na poziomie molekularnym i jak hamują wzrost roślin? W jaki sposób rośliny wytwarzające te substancje chemiczne chronią się przed oddziaływaniem swojej własnej toksyny? Aby znaleźć odpowiedzi na te pytania, w ramach projektu badacze przyjrzeli się roślinie, która jest narażona na działanie benzoksazynoidów, ale nie jest w stanie ich wytwarzać. „Wykorzystaliśmy genetyczną roślinę modelową Arabidopsis thaliana, w przypadku której opracowano dotychczas wiele zasobów genetycznych. Wyhodowaliśmy setki naturalnych odmian w różnych typach gleby, a także na pożywce, do której dodaliśmy benzoksazynoidy. Następnie zajęliśmy się oceną różnic w reakcji”, dodaje Becker. Zespół projektu FEAR-SAP badał również wpływ benzoksazynoidów na bakterie związane z korzeniami ze względu na jedną z hipotez, która zakładała, że mogą one hamować wzrost roślin poprzez wpływ na mikroflorę korzeniową. „W obu przypadkach zastosowaliśmy metody z zakresu genetyki ilościowej w celu wskazania genów odpowiadających za reakcję roślin i mikroorganizmów”.
Kompleksowe analizy z zakresu genetyki molekularnej, genomiki i metagenomiki
Ze względu na złożoność oddziaływań, Becker zauważa, że środowiska badawcze o zmniejszonej złożoności ograniczają naszą zdolność do ich pełnego zrozumienia. „Kompleksowe badanie tych oddziaływań wymaga rozwoju technologii i zgromadzenia większych zbiorów danych”, zauważa. „Dzięki podobnym do zastosowanych w ramach projektu FEAR-SAP szeroko zakrojonym podejściom opartym na danych fenotypowych, genomicznych, transkryptomicznych i genetycznych jesteśmy w stanie rozwikłać część tej zagadki”. Zespół projektu FEAR-SAP ustalił, że genotyp rośliny odgrywa kluczową rolę w procesie reakcji rośliny na związki chemiczne wydzielane przez jednego z jej sąsiadów. Co więcej, związki te mogą ulegać wielu modyfikacjom na krótkiej drodze od dawcy do biorcy. Obecnie zespół skupia się na próbach odtworzenia wyników z udziałem roślin innych niż modelowe. „Opracowaliśmy także pszenicę pozbawioną benzoksazynoidów, którą obecnie rozmnażamy w celu przeprowadzenia badań polowych”, wyjaśnia badacz. Becker jest dumny z faktu, że zespołowi udało się zastosować podejście genomiczne w ramach przeprowadzonych badań, a tym samym umożliwić jego wykorzystanie w nowych dziedzinach nauki. „Zagadnienie biochemicznych oddziaływań między roślinami - allelopatii - które od przeszło stu lat stanowi przedmiot zainteresowania stosunkowo niewielkiego grona naukowców, może stać się znacznie bardziej interesujące dla badaczy zajmujących się dotychczas wieloma innymi dziedzinami nauki”, podsumowuje Becker.
Słowa kluczowe
FEAR-SAP, zwalczanie chwastów, rośliny uprawne, benzoksazynoidy, genetyka molekularna, genomika, analizy metagenomiczne, pszenica pozbawiona benzoksazynoidów, kukurydza, żyto
