Nowa technika, opisana w Molecular Plant przez zespół z Texas Tech University, uderza w samo sedno problemu, który od dziesięcioleci spowalnia inżynierię roślinną: regenerację. Aby stworzyć transgeniczną roślinę, naukowcy zwykle edytują DNA pojedynczej komórki, którą następnie zmuszają do przekształcenia się w pełną roślinę. W przypadku pomidorów trwa to minimum cztery miesiące, w bawełnie nawet rok, a wiele gatunków – jak fasola czy papryka – regeneruje się na tyle słabo, że modyfikacje są albo bardzo trudne, albo właściwie niemożliwe. Nowa metoda pozwala ominąć cały ten etap, bo zamiast hodować roślinę “od zera”, wykorzystuje się struktury, które roślina sama uruchamia po uszkodzeniu.
Jak rośliny “leczą” rany – i jak można to wykorzystać
Gdy roślina zostaje zraniona, rozpoczyna się łańcuch reakcji. Najpierw tworzy się tkanka ochronna zwana kallusem, potem zaczynają dzielić się komórki, które mają zastąpić utracone fragmenty. Sercem tego procesu jest białko WIND1 – aktywator całej regeneracyjnej kaskady. WIND1 pobudza m.in. białko ESR1, a ono kolejne elementy “naprawczej” machiny, aż do powstania nowych pędów.
Czytaj też: Rośliny potrafią hakować własne systemy wzrostu. Ten metabolit okazał się mistrzem manipulacji
Zespół z Texas Tech postanowił “przejąć” ten system. Do bakterii Agrobacterium – od dekad wykorzystywanych w biotechnologii roślin – wprowadzono dodatkowe instrukcje genetyczne: geny WIND1, ESR1 i innych regulatorów regeneracji oraz gen wywołujący czerwoną barwę, pozwalający łatwo identyfikować transgeniczne pędy.
Schemat jest prosty, choć genialny: roślinę się przycina, a w miejsce cięcia nakłada się zmodyfikowane Agrobacterium. Z rany wyrastają pędy, spośród których część jest już transgeniczna lub edytowana genetycznie. To podejście ma jeszcze jedną zaletę: jest znacznie bardziej naturalne niż klasyczna hodowla tkankowa, która wymaga sterylnych warunków i ciągłej stymulacji hormonami.
Pierwsze testy przeprowadzono na tytoniu – roślinie łatwej do regeneracji. Wynik okazał się obiecujący: ok. 35 proc. nowych pędów było transgenicznych. W pomidorach, trudniejszych, ale wciąż “wdzięcznych”, odsetek wyniósł 21 proc. Największym sprawdzianem była jednak soja – gatunek uchodzący za jeden z najtrudniejszych do modyfikacji ze względu na bardzo słabą regenerację. Początkowe próby polegające na cięciu roślin nie przyniosły skutku. Dopiero zmiana strategii – infekowanie nasion pobudzonych do kiełkowania – odblokowała proces.
Po 3,5 tygodniach w hodowli tkankowej, a następnie przeniesieniu roślin do gleby, uzyskano transgeniczne pędy z efektywnością 28 proc.. Dla porównania: standardowa metoda wymagałaby co najmniej 3-4 miesięcy.
Nowa technika może istotnie przyspieszyć rozwój rolnictwa precyzyjnego i biotechnologii upraw. W czasach, gdy świat zmaga się ze zmianami klimatu, presją chorób roślin, ograniczeniami w dostępności wody i globalnym popytem na żywność, czas potrzebny na stworzenie nowych odmian jest kluczowy.
Każde przyspieszenie procesu selekcji i modyfikacji genetycznych zwiększa szanse na szybkie wprowadzanie roślin odpornych na suszę, mróz, szkodniki czy choroby. Skrócenie cyklu z roku do miesiąca oznacza potencjalnie wielokrotny wzrost tempa badań i wdrożeń. Metoda może otworzyć drzwi dla gatunków, które dotąd pozostawały niemal poza zasięgiem inżynierii genetycznej, co zwiększa różnorodność możliwych projektów badawczych.
