Naukowcy z Polski przyspieszają produkcję odmian jęczmienia o kilka lat

Wykorzystano zarodniki męskie

Jedna z współautorek, dr Monika Gajecka z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ, wyjaśnia, że dzięki tym wieloletnim badaniom będzie możliwe produkowanie odmian roślin zielonych niezależnie od genotypu. 

Innowacja polega na nowym sposobie izolacji mikrospor (w tym wypadku zarodników męskich) i inicjacji kultur (czyli sztucznej hodowli komórek wykonywanej na pożywkach) z wykorzystaniem wcześniejszego stadium rozwoju jęczmienia jarego. Dlaczego badacze wykorzystywali w badanych zarodniki męskie? Ponieważ zależało im na przebadanie procesu androgenezy, czyli proces rozwoju nowej rośliny z odpowiedzialnego za przemianę pokoleń męskiego gametofitu.

Nowe rozwiązanie pomija etap zapylenia, czyli przeniesienia ziaren pyłu na znamię słupka, które jest konieczne w normalnych warunkach rozmnażania roślin.

Jak przebiegało doświadczenie?

Najpierw badacze pozyskali niedojrzały kłos jęczmienia, następnie poddano go dwóm różnym procesom:

1. Izolacja – ścięte źdźbła włożono na dwa tygodnie do lodówki, żeby uległy przechłodzeniu; następnie zostały one zblendowane w specjalnym urządzeniu, dzięki czemu nie doszło do uszkodzenia mikrospor, czego efektem jest powstała zawiesina. Następnie dochodzi do inicjacji kultury in vitro, czyli indukcji rozwoju zarodków jęczmienia na pożywce.
2.  Ze świeżo ściętego źdźbła wyciągany jest niedojrzały kłos z mikrosporami. Mikrospory są izolowane i wkładane do odpowiednio przygotowanej pożywki, dostarczającej tylko pewnych składników odżywczych. Komórki nie są przechłodzone, lecz głodzone.

Dr Gajecka podkreśla, że w obu sposobach dochodzi do przeprogramowania a z mikrospory nie powstaje dojrzałe ziarno pyłku, tylko nowa roślina. Zarodki kiełkują po ok. 6 tygodniach, a po roku otrzymuje się ziarna, które można poddać selekcji pod kątem pożądanych cech. Jako, że jęczmień jest rośliną jednoroczną, to w kolejnym roku powstaje linia homozygotyczną. Te procesy przyśpieszają zatem produkcję nowych odmian jęczmienia o kilku lat, ponieważ wcześniej cykl krzyżowań potrzebował na to 8 lat!

Co więcej, nowy sposób izolacji i inicjacji kultury in vitro mikrospor umożliwia produkcję roślin z każdej odmiany, także tej albinotycznej (albinosy pozbawione są chlorofilu i nie przeprowadzają fotosynetzy).

Inicjacja in vitro w kluczowych momentach

- Istotną rolę odgrywają w tym procesie plastydy. Inicjowaliśmy kulturę in vitro w określonych momentach rozwoju roślin. Gdy plastydy zdążyły już różnicować się w amyloplasty, regenerowały głównie albinotyczne rośliny. Jeśli jednak jeszcze do tego nie doszło, wtedy uzyskiwaliśmy rośliny zielone. Gdy odkryliśmy tę kluczową zależność, wystarczyło już tylko wskazać odpowiedni moment inicjacji kultury in vitro – podkreśla Gajecka.

Podsumowując: dzięki nowym doświadczeniom cykl tworzenia odmian został skrócony o kilka lat oraz możliwe jest wyprodukowanie roślin zielonych niezależnie od genotypu.

Autorami patentu jest Zespołu Genetyki i Genomiki Funkcjonalnej Roślin na Wydziale Nauk Przyrodniczych UŚ: dr Monika Gajecka, prof. dr hab. Iwona Szarejko, dr Beata Chmielewska, mgr Janusz Jelonek i Justyna Zbieszczyk.

Oprac. Natalia Marciniak-Musiał na podstawie artykułu Nauka w Polsce

Zdjęcie: Pixabay