Οι γνώσεις γενετικής βοηθούν τα σιτηρά να αντέξουν την κλιματική αλλαγή.
Μέσω ενός πειράματος, Αμερικανοί ερευνητές έχουν εντοπίσει τα γονίδια πίσω από την αξιοσημείωτη προσαρμοστικότητα του κριθαριού, ενός βασικού συστατικού της μπύρας και του ουίσκι. Αυτές οι γνώσεις θα μπορούσαν να εξασφαλίσουν τη συνεχή επιβίωση της καλλιέργειας εν μέσω ταχείας κλιματικής αλλαγής.
Το κριθάρι καλλιεργείται παντού από την Ασία και την Αίγυπτο μέχρι τη Νορβηγία και τα βουνά των Άνδεων της Νότιας Αμερικής, και είναι μία από τις σημαντικότερες καλλιέργειες δημητριακών στον κόσμο εδώ και τουλάχιστον 12.000 χρόνια. Καθώς έχει εξαπλωθεί σε όλο τον κόσμο, τυχαίες αλλαγές στο DNA του επέτρεψαν να επιβιώσει σε κάθε νέα τοποθεσία.
Είναι κρίσιμο να εντοπιστούν τα γονίδια που άλλαξαν για να προβλεφθεί ποιες ποικιλίες θα ευδοκιμήσουν σε μέρη που τώρα αγωνίζονται με όλο και πιο ζεστές θερμοκρασίες, μεγαλύτερες περιόδους ξηρασίας και πιο δραματικές καταιγίδες.
«Οι κτηνοτρόφοι έχουν από καιρό κατανοήσει την ανάγκη ανάπτυξης καλλιεργειών που ήταν καλά συντονισμένες με το τοπικό τους περιβάλλον. Έτσι, πριν από έναν αιώνα, ξεκίνησαν αυτό το πείραμα στο Πανεπιστήμιο Davis της Καλιφόρνια με ποικιλίες κριθαριού από όλο τον κόσμο με στόχο τον εντοπισμό τοπικά προσαρμοσμένων ποικιλιών», δήλωσε ο Dan Koenig, γενετιστής του UC Riverside.
«Οι επιστήμονες που ξεκίνησαν το πείραμα δεν είχαν τη δυνατότητα να εντοπίσουν ποια γονίδια κάνουν το κριθάρι επιτυχημένο και υψηλής απόδοσης σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, αλλά τώρα μπορούμε να μελετήσουμε δεκάδες εκατομμύρια γενετικές αλλαγές σε ένα μόνο πείραμα στο εργαστήριό μου», δήλωσε ο Koenig.
Δεκάδες γονίδια που συμβάλλουν στην προσαρμοστικότητα του κριθαριού περιγράφονται σε νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science. Ο Koenig, συγγραφέας της μελέτης, εξήγησε ότι μερικά από τα γονίδια που εντοπίστηκαν βοηθούν το κριθάρι να χρονομετρήσει τις αναπαραγωγικές διαδικασίες του στα βέλτιστα μέρη της αναπαραγωγικής περιόδου.
“Η ανθοφορία είτε πολύ νωρίς είτε πολύ αργά σημαίνει ότι το φυτό δεν θα είναι σε θέση να παράγει σπόρους”, δήλωσε ο Koenig. “Για να παράγουν οι καλλιέργειες τη μέγιστη ποσότητα σπόρων, πρέπει να ανθίσουν σε ένα πολύ στενό χρονικό περιθώριο”.
Στην Καλιφόρνια, οι καλλιέργειες πρέπει να τελειώσουν την ανθοφορία πριν ξεκινήσει η μακρά ξηρή περίοδος, διαφορετικά δεν θα υπάρχει αρκετό νερό για να γίνουν σπόροι. Αλλά αν τα φυτά ανθίσουν πολύ νωρίς, μπορεί να εκτεθούν σε παγετό. Οι ερευνητές εντόπισαν πώς η γενετική επιτρέπει την ανθοφορία ακριβώς στο σωστό χρόνο, με αρκετά γονίδια να προωθούν την πρώιμη ανθοφορία και άλλα να μειώνουν την όψιμη ανθοφορία.
Ο εντοπισμός αυτών των γονιδίων δεν ήταν εύκολη διαδικασία. “Μία από τις προκλήσεις στην κατανόηση των γενετικών προσαρμογών είναι ότι μπορεί να χρειαστούν δεκαετίες, δεδομένου ότι μπορείτε να καλλιεργήσετε μόνο μία γενιά κριθαριού το χρόνο”, δήλωσε ο Koenig.
Ευτυχώς, ο Koenig και οι συνεργάτες του έχουν πρόσβαση στο πείραμα Barley Composite Cross II, που ιδρύθηκε στο Davis της Καλιφόρνια το 1929 – ένα από τα παλαιότερα βιολογικά πειράματα στον κόσμο. Ξεκίνησε για να ανακαλύψει νέες ποικιλίες κριθαριού για την αγορά της Καλιφόρνιας. Οι κτηνοτρόφοι ανταγωνίζονταν χιλιάδες γενετικά διαφορετικούς τύπους κριθαριού μεταξύ τους για δεκαετίες στο Davis. Το κριθάρι που αναπτύχθηκε καλύτερα στο ζεστό, ξηρό κλίμα της Καλιφόρνιας ξεπέρασε τους γείτονές του και έγινε πιο συχνό με την πάροδο του χρόνου.
Η ομάδα του Koenig συνειδητοποίησε ότι ο σπόρος από αυτό το πείραμα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μηχανή του χρόνου για να παρατηρήσει άμεσα τη διαδικασία προσαρμογής και να εντοπίσει γονίδια που επέτρεψαν την επιβίωση.
Κατά τη διάρκεια αυτών των 58 καλλιεργητικών περιόδων, το χωράφι πήγε από 15.000 γενετικά διακριτά μεμονωμένα φυτά σε μια ενιαία φυτική γενεαλογία που κυριαρχεί στο 60% του πληθυσμού 3/4 χωρίς καμία επιλογή από τον άνθρωπο.
«Ήμασταν σοκαρισμένοι από το μέγεθος της αλλαγής που συνέβη σε σύντομο εξελικτικό χρόνο», δήλωσε ο Koenig. «Η φυσική επιλογή αναδιαμόρφωσε πλήρως τη γενετική ποικιλομορφία σε ολόκληρο το γονιδίωμα μόλις κατά τη διάρκεια της ζωής ενός ανθρώπου».
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει πρόσθετες μελέτες για να εξετάσει μακροπρόθεσμα πειραματικά δεδομένα από διαφορετικά κλίματα, για να κατανοήσει πώς ο χρόνος της ανθοφορίας μπορεί να συντονιστεί διαφορετικά.
Επίσης, η ομάδα θα ήθελε να κατανοήσει καλύτερα κάτι περίεργο που παρατήρησε. Κατά τη διάρκεια του πειράματος Davis, ο πληθυσμός των φυτών περιείχε ποικιλίες από πολλά μέρη. Καθώς προσαρμόστηκαν στη Βόρεια Καλιφόρνια, τα φυτά αύξησαν φυσικά την απόδοσή τους σχεδόν διπλάσια. Ωστόσο, αυτή η αύξηση εξακολουθεί να είναι μικρότερη από αυτή που λαμβάνουν οι κτηνοτρόφοι με μια στρατηγική χειροκίνητης επιλογής.
“Η απόδοση μπορεί να ανταγωνίζεται άλλα χαρακτηριστικά, όπως η γρήγορη ανάπτυξη ή η ψηλότητα”, δήλωσε ο Koenig. “Οι καλλιεργητές θέλουν φυτά που κάνουν φιλικούς γείτονες, αλλά το να είναι φιλικοί μπορεί να περιορίσει την προσαρμογή στο περιβάλλον”.
Επειδή το κριθάρι είναι γενετικά παρόμοιο με το σιτάρι, το ρύζι και το καλαμπόκι, οι γνώσεις για το πώς επιβιώνει σε τόσο διαφορετικά περιβάλλοντα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν αυτά τα άλλα δημητριακά να προσαρμοστούν στα ακραία κλιματικά φαινόμενα.
Χρησιμοποιώντας σύγχρονη τεχνολογία όπως η μηχανική γονιδιώματος και το CRISPR, οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσπαθήσουν να κατασκευάσουν άλλες καλλιέργειες που ανθίζουν σε συγκεκριμένες, πιο συμφέρουσες στιγμές.
«Η ικανότητα προσαρμογής του κριθαριού έχει χρησιμεύσει ως ακρογωνιαίος λίθος για την ανάπτυξη του πολιτισμού. Η κατανόηση είναι σημαντική όχι μόνο για να συνεχίσουμε να παράγουμε αλκοολούχα ποτά, αλλά και για την ικανότητά μας να αναπτύξουμε τις καλλιέργειες του μέλλοντος και να ενισχύσουμε την ικανότητά τους να προσαρμόζονται καθώς αλλάζει ο κόσμος», δήλωσε ο Koenig.
Ακολουθήστε το Cibum 
