Zakończenie okresu rozrodczego, w którym powstają kwiaty i owoce, jest kluczowym momentem w cyklach życiowych roślin. Należy jednak lepiej poznać czynniki kontrolujące ten proces.

Zespół badawczy kierowany przez Instytut Badawczy Biologii Molekularnej i Komórkowej Roślin (IBMCP), wspólny ośrodek Consejo Superior de Investigaciones Científicas (hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań; CSIC) i Universitat Politècnica de València (UPV), odkrył, że gen zwany FUL kontroluje czas trwania fazy reprodukcyjnej w uprawach takich jak groch. Gen ten można wykorzystać jako narzędzie biotechnologiczne do przedłużenia tej fazy, zwiększając w ten sposób produkcję owoców i nasion grochu i innych roślin strączkowych, takich jak ciecierzyca, soczewica czy fasola.

Praca została opublikowana w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Rośliny jednoroczne mają tylko jeden sezon rozrodczy, w którym wytwarzają kwiaty i owoce. Naukowcy szukają czynników genetycznych, które powodują, że rośliny przestają kwitnąć, aby kontrolować długość ich fazy reprodukcyjnej. Kilka lat temu grupa kierowana przez Cristinę Ferrándiz, profesor naukową CSIC w IBMCP, zidentyfikowała gen o nazwie FUL (FRUITFULL) jako ważny regulator zatrzymania kwitnienia.

„Pierwsze badania przeprowadzono wyłącznie na Arabidopsis, roślinie laboratoryjnej nie mającej żadnego znaczenia agronomicznego” – wspomina Ferrándiz. „Chcieliśmy wiedzieć, czy ta funkcja FUL jest taka sama u innych gatunków, zwłaszcza gatunków roślin uprawnych, i czy moglibyśmy wykorzystać tę wiedzę do wytworzenia roślin, które dłużej produkują kwiaty i owoce, a zatem dają większy plon” – podsumowuje.

W tym celu zespół kierowany przez badacza CSIC Francisco Madueño z IBMCP, składający się z naukowców francuskich i kanadyjskich, zbadał rolę genu FUL w grochu – roślinie strączkowej o wysokiej wartości odżywczej.

„Zaobserwowaliśmy, że mutacje prowadzące do utraty funkcji genów FUL u grochu powodują, że rośliny wytwarzają kwiaty, a w konsekwencji owoce, znacznie dłużej. To mówi nam, że FUL kontroluje czas trwania fazy reprodukcyjnej nie tylko w laboratoryjnej Arabidopsis, ale także innych gatunków, w tym roślin uprawnych” – wyjaśnia Ferrándiz.

„Przedłużająca się produkcja kwiatów i owoców oznacza, że ​​w przypadku niektórych odmian grochu mutacje w genach FUL mogą podwoić produkcję nasion o identycznych właściwościach odżywczych jak rośliny niezmutowane, zarówno w szklarni, jak i na polu” – mówi.

Mutanty generowane metodami klasycznymi

Autorzy badania podkreślają, że do uzyskania mutacji w analizowanych genach FUL wykorzystali banki mutantów uzyskane klasycznymi metodami, bez generowania roślin transgenicznych.

W rezultacie „metoda uzyskiwania nowych odmian roślin może opierać się na tradycyjnej mutagenezie stosowanej obecnie i w tym badaniu lub na edycji genów za pomocą CRISPR, najbardziej obiecującego i potężnego narzędzia w rolnictwie precyzyjnym w najbliższej przyszłości” – mówi Madueño.

„Potencjalne zastosowanie tych wyników polega na wykorzystaniu genów FRUITFULL jako narzędzia biotechnologicznego do poprawy plonowania roślin strączkowych. Najbardziej znaczący wzrost plonu nasion zaobserwowano w przypadku średnio wydajnych odmian grochu. Natomiast w przypadku odmian wysokoplennych , które już dają bardzo wysoką wydajność, wpływ mutacji w genach FUL jest niewielki” – mówi Ferrándiz.

Dla badaczy IBMCP geny FRUITFULL mogą być korzystne w szybkim i bezpośrednim ulepszaniu odmian roślin strączkowych. Są bardzo cenne ze względu na ciekawe cechy, takie jak duża odporność na patogeny czy suszę, jednak obecnie nie są stosowane ze względu na niski plon.

„Mutowanie genów FUL w tych odmianach najprawdopodobniej uczyniłoby je również wysokowydajnymi i użytecznymi w rolnictwie. Może to być bardzo ważne, biorąc pod uwagę wyzwania, przed którymi stoimy w kontekście kryzysu klimatycznego i potrzebę opracowania odmian, które będą lepiej go wytrzymać ”- twierdzą naukowcy.