Μια επιστημονική ανακάλυψη που θα βοηθήσει στην αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών ντομάτας σε ξηρές συνθήκες.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ κατάφεραν να καλλιεργήσουν ποικιλίες ντομάτας με μειωμένη χρήση νερού χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση, την ποιότητα και τη γεύση μέσω της τεχνολογίας γενετικής επεξεργασίας CRISPR. Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο ακαδημαϊκό περιοδικό PNAS.
Οι ερευνητές εξήγησαν ότι υπό το πρίσμα της υπερθέρμανσης του πλανήτη και της μείωσης των πόρων γλυκού νερού, υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για γεωργικές καλλιέργειες που καταναλώνουν λιγότερο νερό χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση. Όμως, επειδή οι γεωργικές καλλιέργειες βασίζονται στο νερό για να αναπτυχθούν, είναι ιδιαίτερα δύσκολο να εντοπιστούν οι κατάλληλες φυτικές ποικιλίες.
Όπως ανέφεραν οι ερευνητές σε δελτίο τύπου σε μια διαδικασία που ονομάζεται διαπνοή, τα φυτά εξατμίζουν το νερό από τα φύλλα τους. Ταυτόχρονα, το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στα φύλλα και αφομοιώνεται στη ζάχαρη με φωτοσύνθεση, η οποία λαμβάνει χώρα και στα φύλλα. Αυτές οι δύο διαδικασίες – διαπνοή και πρόσληψη διοξειδίου του άνθρακα – συμβαίνουν ταυτόχρονα μέσω ειδικών ανοιγμάτων στην επιφάνεια των φύλλων που ονομάζονται στόματα. Οι ερευνητές τονίζουν ότι υπό συνθήκες ξηρασίας, τα φυτά ανταποκρίνονται κλείνοντας τα στόματά τους, μειώνοντας έτσι την απώλεια νερού με τη διαπνοή. Το πρόβλημα είναι ότι λόγω της άρρηκτης σύζευξης μεταξύ της διαπνοής του νερού και της πρόσληψης διοξειδίου του άνθρακα, το κλείσιμο των στομάτων οδηγεί σε μείωση της πρόσληψης διοξειδίου του άνθρακα από το φυτό.
Αυτή η μείωση της πρόσληψης διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί σε μείωση της παραγωγής ζάχαρης με φωτοσύνθεση. Δεδομένου ότι τα φυτά βασίζονται στη ζάχαρη που παράγεται στη φωτοσύνθεση ως ζωτική πηγή ενέργειας, η μείωση αυτής της διαδικασίας επηρεάζει δυσμενώς την ανάπτυξη των φυτών. Στα καλλιεργούμενα φυτά, η μείωση της παραγωγής φωτοσυνθετικής ζάχαρης εκδηλώνεται ως μείωση τόσο της ποσότητας όσο και της ποιότητας της συγκομιδής.
Στις ντομάτες, για παράδειγμα, η ζημιά στην καλλιέργεια αντικατοπτρίζεται στη μείωση του αριθμού των φρούτων, του βάρους τους και της ποσότητας ζάχαρης σε κάθε φρούτο. Τα φρούτα με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε ζάχαρη είναι λιγότερο νόστιμα και λιγότερο θρεπτικά.
Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές προκάλεσαν μια τροποποίηση στην ντομάτα μέσω γενετικής επεξεργασίας χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CRISPR, στοχεύοντας ένα γονίδιο γνωστό ως ROP9. Οι πρωτεΐνες ROP λειτουργούν ως διακόπτες, εναλλάσσοντας μεταξύ ενεργού ή ανενεργού κατάστασης.
Η έρευνα διεξήχθη στα εργαστήρια του καθηγητή Shaul Yalovsky και του Δρ Nir Sade και καθοδηγήθηκε από μια ομάδα ερευνητών από τη Σχολή Φυτικών Επιστημών και Ασφάλειας Τροφίμων στη Σοφή Σχολή Επιστημών Ζωής του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ. Ο Καθηγητής Yalovsky δήλωσε: «Ανακαλύψαμε ότι η εξάλειψη του ROP9 με την τεχνολογία CRISPR προκαλεί μερική σύγκλειση των στομάτων. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο κατά τη διάρκεια του μεσημεριού, όταν ο ρυθμός απώλειας νερού από τα φυτά στη διαδικασία διαπνοής είναι στο υψηλότερο επίπεδο. Αντίθετα, το πρωί και το απόγευμα, όταν ο ρυθμός διαπνοής είναι χαμηλότερος, δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στο ρυθμό απώλειας νερού μεταξύ των μονάδων ελέγχου και των τροποποιημένων με ROP9 μονάδων. Επειδή τα στόματα παρέμειναν ανοιχτά το πρωί και το απόγευμα, τα φυτά ήταν σε θέση να απορροφήσουν αρκετό διοξείδιο του άνθρακα, αποτρέποντας οποιαδήποτε μείωση της παραγωγής ζάχαρης με φωτοσύνθεση ακόμη και κατά τις απογευματινές ώρες, όταν τα στόματα ήταν πιο κλειστά στα τροποποιημένα με ROP9 φυτά.
Για να αξιολογήσουν τον αντίκτυπο του μειωμένου ROP9 στην καλλιέργεια, οι ερευνητές διεξήγαγαν ένα εκτεταμένο πείραμα πεδίου που περιελάμβανε εκατοντάδες φυτά. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι αν και τα τροποποιημένα με ROP9 φυτά χάνουν λιγότερο νερό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαπνοής, δεν υπάρχει δυσμενής επίδραση στη φωτοσύνθεση, την ποσότητα της καλλιέργειας ή την ποιότητα (την ποσότητα ζάχαρης στα φρούτα). Επιπλέον, η μελέτη εντόπισε έναν νέο και απροσδόκητο μηχανισμό για τη ρύθμιση του ανοίγματος και του κλεισίματος των στομάτων, που σχετίζεται με το επίπεδο οξειδωτικών ουσιών, γνωστών ως αντιδραστικά είδη οξυγόνου, στα στόματα. Αυτή η ανακάλυψη έχει σημαντικές επιπτώσεις και στη βασική επιστημονική γνώση.
Υλικό που παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ.
Αναφορά περιοδικού:
- Mallikarjuna R. Puli, Καθαρότητα Muchoki, Adi Yaaran, Noga Gershon, Ahan Dalal, Felista Nalufunjo, Yoav Dagan, Leah Rosental, Shiran Abadi, Zachary Haber, Lucas Silva, Yariv Brotman, Nir Sade, Shaul Yalovsky. Οι μηδενικές μεταλλάξεις μιας τομάτας Rho φυτών παρουσιάζουν βελτιωμένη απόδοση χρήσης νερού χωρίς ποινή απόδοσης. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, 2024. 121 (4) DOI: 10.1073/pnas.2309006120
