Rośliny mogą kiedyś skorzystać z reprogramowalnych „obwodów genetycznych”, aby przystosować się do zmian klimatycznych. Genetycy z Uniwersytetu Stanforda opracowali metodę precyzyjnej regulacji kształtu korzeni roślin w miarę ich rozszerzania się i rozgałęziania.

Uprawy inżynieryjne

Naukowcy są przekonani, że pewnego dnia będą w stanie tak skonstruować uprawy, aby stały się bardziej przystosowane do zmian klimatu, modyfikując głębokość i strukturę rozwijającego się systemu korzeniowego.

Nauka opublikowała badanie.

Rośliny mogą być w stanie lepiej przyswajać fosfor blisko powierzchni, jeśli na przykład ich korzenie są płytsze. Podczas gdy głębszy system korzeniowy może być bardziej skuteczny w wychwytywaniu azotu i wody.

Według bioinżynier ze Stanford University Jennifer Brophy: „Nasze syntetyczne obwody genetyczne pozwolą nam zaprojektować dokładne systemy korzeniowe lub unikalne struktury liści, aby ocenić, co jest idealne w trudnych warunkach klimatycznych, o których wiemy, że nadchodzą”.

„Poprawiamy precyzję inżynierii instalacji”.

Precyzyjna metoda

Wysoce precyzyjne metody genetyczne Brophy i jej współpracowników mogą przeprogramować rośliny szybciej, niż byłyby w stanie reagować w sposób naturalny i dokładniej, niż można by je hodować w celu uzyskania pożądanych właściwości.

Naukowcy zbudowali syntetyczny obwód genetyczny, który reguluje ekspresję genów za pomocą komórek z rośliny tytoniu i wykazali, jak funkcjonuje on w innej roślinie.

Obwód genetyczny można porównać do programu komputerowego z bramkami logicznymi. Brama może otwierać się i tworzyć wyjście tylko z odpowiednimi wartościami wejściowymi.

Te obwody biologiczne są porównywalne z obwodami elektrycznymi wyposażonymi w przełączniki, takimi jak te, które zasilają telefon.

Te syntetyczne „promotory” transkrypcji, unikalne dla różnych tkanek roślinnych, są jedynymi zdolnymi do otwarcia bramek w komórce, które ostatecznie prowadzą do ekspresji genetycznej.

Wpływając na to, które komórki rośliny wyrażają jakie geny, naukowcy mogą zmienić sposób wzrostu rośliny.

Kontrolowanie Zakładu

Naukowcy mogli kontrolować wzrost małej zachwaszczonej rośliny zwanej Arabidopsis thaliana, budując zestaw syntetycznych bramek logicznych dla pojedynczego genu powiązanego z rozwojem korzeni bocznych. Badacze dostosowali gęstość gałęzi w systemie korzeniowym rośliny bez wpływu na inne cechy korzeni poprzez zmianę ekspresji tego jednego genu.

Jest to znaczące osiągnięcie, ponieważ niedawne badania wykazały, jak niewielkie zmiany tylko jednego genu rozwoju korzeni mogą znacząco wpłynąć na różne cechy korzeni, w tym na pierwotny wzrost korzeni lub produkcję włośnika.

Naukowcy wyjaśniają, że zmutowany gen slr-1 został wyprodukowany przez specyficzny tkankowo promotor aktywny w bocznych komórkach macierzystych korzenia, aby odróżnić rozgałęzienie korzenia od innych procesów rozwojowych.

Następnie autorzy przetestują swoje zmodyfikowane obwody genetyczne na niezwykłym uprawie sorgo, które ma potencjał, aby stać się biopaliwem. Grupa chce zwiększyć zdolność sorgo do wchłaniania wody i pobudzić fotosyntezę.

Potencjał badania

Potencjalne zastosowania tej metody genetycznej są nieograniczone, jeśli okaże się skuteczna. Jednak przeprogramowanie upraw za pomocą sztucznych obwodów genetycznych będzie wymagało dużej ostrożności.

Według naukowca zajmującego się roślinami, José Dinneny’ego ze Stanford, „mamy współczesne rodzaje upraw, które utraciły zdolność przystosowania się do warunków, w jakich znajdują się składniki odżywcze gleby”.

Te same bramki logiczne, które zarządzają rozgałęzieniem korzeni, można wykorzystać do zbudowania obwodu, który uwzględnia zarówno stężenia azotu, jak i fosforu w glebie, a następnie wytwarza idealną wydajność w tych warunkach.

Opracowanie: irme.pl