Οι αποτυχίες μακροπρόθεσμης αντοχής των καλλιεργειών σε μια σειρά υφιστάμενων και αναδυόμενων παθογόνων παραγόντων, αποτελούν ζήτημα επισιτιστικής ασφάλειας. Μελετώντας τον τρόπο λειτουργίας ενός παθογόνου, το νέο έργο ACHILLES-HEEL εντόπισε πολλά υποσχόμενα γονίδια που θα μπορούσαν να προσφέρουν μια λύση.
Η υγεία των φυτών είναι ζωτικής σημασίας για την επισιτιστική ασφάλεια, αλλά έως και το 30% των σημαντικότερων βασικών καλλιεργειών τροφίμων χάνονται από ασθένειες. Ο ιστός της καλλιέργειας μπορεί να υποβληθεί σε χημική επεξεργασία πάνω από το έδαφος, αλλά τα ριζικά συστήματα είναι πιο περίπλοκα για την προστασία.
Οι περισσότερες προσπάθειες περιλαμβάνουν επιλεκτικά φυτά αναπαραγωγής ανθεκτικά σε συγκεκριμένα παθογόνα ή μέσω γενετικής τροποποίησης. «Αλλά τα παθογόνα τελικά ξεπερνούν ή αποφεύγουν τα γονίδια αντοχής στις ασθένειες», εξηγεί στο CORDIS ο Sebastian Schornack, συντονιστής του προγράμματος ACHILLES-HEEL, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας.
Το ACHILLES-HEEL έχει εντοπίσει βασικές φυτικές διεργασίες στις οποίες βασίζονται τα παθογόνα για να εισέλθουν και να εγκατασταθούν σε ένα φυτό. «Σκεφτήκαμε αυτή την εξάρτηση ως την αχίλλειο πτέρνα τους. Εάν μπορέσουμε να εξαλείψουμε αυτές τις διαδικασίες, αποδυναμώνουμε την ικανότητα του παθογόνου να προκαλεί ασθένειες», προσθέτει ο Schornack από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, το οποίο φιλοξενεί το πρόγραμμα. Καθώς παρόμοια παθογόνα πιθανότατα θα απαιτούσαν παρόμοιες φυτικές διεργασίες για μόλυνση, αυτή η προσέγγιση προσφέρει την πιθανότητα μιας ευρείας λύσης. Το project έχει εντοπίσει γονίδια που μπορούν να προσδώσουν στα φυτά μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στη μόλυνση των ριζών, μετά από μερική ή πλήρη λειτουργία χειρισμού.
Εύρεση του παθογόνου δοκιμής
Η πρώτη πρόκληση της ομάδας ήταν ότι τα παθογόνα που εξαρτώνται από τη συν-επιλογή των διαδικασιών ενός φυτού – σε αντίθεση με την απλή θανάτωση του ξενιστή – έχουν συνήθως προσαρμοστεί σε συγκεκριμένους ξενιστές, καθιστώντας οποιεσδήποτε διαδικασίες ενεργοποίησης μόλυνσης που εντοπίζονται σχετικές μόνο με αυτό το παθογόνο.
«Χρειαζόμασταν ένα παθογόνο που μολύνει ένα ευρύ φάσμα άσχετων φυτών, διατηρώντας παράλληλα τους ιστούς ζωντανούς. Αυτό υπογραμμίζει τους κοινούς φυτικούς μηχανισμούς που χρησιμοποιεί το παθογόνο και οι οποίοι πρέπει να απενεργοποιηθούν», εξηγεί ο Schornack.
Η Phytophthora palmivora ταίριαξε στο πλάνο αυτο, καθώς αποικίζει τις ρίζες και τα φύλλα των οσπρίων, του κριθαριού, του σιταριού. Μετά την ανάπτυξη λογισμικού ανάλυσης δεδομένων, η ομάδα διεξήγαγε δοκιμές μόλυνσης από παθογόνα ρίζας και φύλλων με αποτέλεσμα την ταυτοποίηση δύο γονιδίων σε ένα όσπριο (Medicago truncatula), ικανό να χειριστεί τις φυτικές διεργασίες που χρησιμοποιούνται από το παθογόνο. Το ένα, το RAD1, δεν είναι κατάλληλο καθώς διαταράσσει τον ευεργετικό μυκητιακό αποικισμό, αλλά το άλλο, το API, δοκιμάζεται επί του παρόντος σε κριθάρι.
«Το κριθάρι έχει τρία τέτοια γονίδια. Τα απενεργοποιούμε όλα ξεχωριστά για να δούμε αν τα φυτά γίνονται πιο ανθεκτικά στη μόλυνση της ρίζας από Phytophthora. Τα πρώτα αποτελέσματα φαίνονται πολλά υποσχόμενα, αλλά πρέπει ακόμα να δοκιμάσουμε επιδράσεις σε ευεργετικούς μύκητες», λέει ο Schornack.
Για να γίνει αυτό, η ομάδα χρησιμοποιεί ένα δικό της εργαλείο που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη και ονομάζεται AMFinder, το οποίο ανιχνεύει μυκητιακές δομές μέσα στις ρίζες. Μια εκπληκτική ανακάλυψη ήταν ότι τα φυτά με ανθεκτικές ρίζες θα μπορούσαν ακόμα να είναι ευαίσθητα στους βλαστούς τους και αντίστροφα. «Ο αποικισμός από νηματοειδή μικρόβια είναι ειδικός για τα όργανα και η αδρανοποίηση ενός γονιδίου σε όλο το φυτό μπορεί να μην έχει τον ίδιο αντίκτυπο παντού», παρατηρεί ο Schornack.
Αυξανόμενο δυναμικό
Παραδοσιακά, η αναπαραγωγή ανθεκτικών φυτών περιλαμβάνει την εισαγωγή γονιδίων ανοσοϋποδοχέων που ονομάζονται NLRs. Ωστόσο, αυτό είναι χρονοβόρο και συνήθως προσδίδει αντοχή μόνο σε έναν συγκεκριμένο παθογόνο παράγοντα, ενώ οι ταχύτερες διαγονιδιακές προσεγγίσεις αντιμετωπίζουν νομικά εμπόδια σε πολλές χώρες της ΕΕ.
Εάν αποδειχθούν αποτελεσματικά, τα γονίδια που εντοπίστηκαν στο ACHILLES-HEEL θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από τους βελτιωτές φυτών βασικών καλλιεργειών για να βοηθήσουν στη διασφάλιση των προμηθειών τροφίμων, με δυνατότητες για άλλες καλλιέργειες που συναντώνται συχνότερα στον αναπτυσσόμενο κόσμο και δέχονται επίθεση από Phytophthora palmivora, όπως το φοινικέλαιο, κακάο, καρύδα, καουτσούκ και παπάγια.
«Δεδομένης της ομοιότητας της στρατηγικής μόλυνσης του Phytophthora με άλλα παθογόνα, αυτό πιθανότατα θα αφορά άλλα παθογόνα όπως το Pythium, οι μύκητες σκουριάς και το Fusarium», καταλήγει ο Schornack.
