A génszerkesztésnél véletlenül eltávolítottak egy DNS-szakaszt – így lett lisztharmatrezisztens a jól növekvő búza

A lisztharmat a búzatermesztők számára komoly csapást jelenthet. Megfertőzi a növényeket, megsárgítja a leveleket, és visszaveti a növekedést.

Azokban az országokban, ahol a lisztharmat elterjedt, például Kínában, a termés akár 40%-át is elpusztíthatja, így a gazdák számára az egyik legkárosabb és legköltségesebb kórokozó.

Káros és költséges kórokozó

A kutatók most olyan génszerkesztett búzát hoztak létre, amely ellenáll a gombafertőzésnek, anélkül, hogy a gabona növekedését visszafogná. A tudósok szerint a módszer más növényeknél, például szamócánál és uborkánál is működhet – számol be a Science.org cikke nyomán a magyarmezogazdasag.hu.

Ha további kutatások megerősítik, hogy a termésmennyiséget nem befolyásolja a génmódosítás, az óriási előrelépés lesz a búzatermesztők számára – mondta Beat Keller növénybiológus a Zürichi Egyetemről.

Peter van Esse – növénypatológus a Sainsbury Laboratóriumból – szerint a vegyszerhasználat csökkentése jót tesz a környezetnek, és a betegségeknek ellenálló növények a fejlődő országok gazdálkodói számára is fontosak, mivel nekik nincs hozzáférésük növényvédőszerekhez.

Egyes növények természetes módon ellenállnak a lisztharmatnak

Az 1940-es években etiópiai expedíciók során a tudósok olyan helyi árpafajtákat fedeztek fel, amelyeket nem fertőzött meg a gomba.

De ezek a növények és a növénynemesítők által létrehozott későbbi változatok nem fejlődtek olyan jól, és kisebb volt a termésátlaguk is. A nemesítőknek az 1980-as évekre folyamatos erőfeszítésekkel sikerült olyan árpatípusokat létrehozniuk, amelyek viszonylag jól ellenálltak a gombának, és elég erőteljesen növekedtek ahhoz, hogy a gazdák számára vonzóak legyenek.

Ellentétben a növények különféle betegséggel szembeni ellenálló képességével, amelyet a kórokozók előbb-utóbb leküzdenek, ezekben a fajtákban a lisztharmat elleni védelem évtizedekig fennmaradt.

„Öngyilkosok” lesznek a sejtek

Ez egy MLO nevű génnek köszönhető, amelynek mutációja valahogy megakadályozza, hogy a gomba megfertőzze az árpát. Egyrészt a spórák behatolásakor a növényi sejtfalak gyorsan megvastagodnak, míg a közeli sejtek „öngyilkosok” lesznek.

A búzanemesítőknek azonban nem sikerült ezt reprodukálniuk. Búzában az MLO mutációi gyatra növekedésű növényeket eredményeznek, amelyek általában 5 százalékkal kevesebb termést adnak, mint a többi fajta, ami túl nagy hiányosság. A gazdák nem fogadják el még az ilyen kismértékű terméskiesést sem, amennyiben a gombaölő szerekkel elpusztítható a kórokozó.

Néhány évvel ezelőtt Gao Caixia, a Kínai Tudományos Akadémia Genetikai és Fejlődésbiológiai Intézetének növénykutatója és kollégái elkezdték tanulmányozni a búza terméshozamában és betegségekkel szembeni ellenálló képességében szerepet játszó géneket.

Génszerkesztési módszerekkel, többek között a CRISPR segítségével létrehozták ugyanazt a védőmutációt a búza MLO génjeinek hat példányában.

Célzott változások a genomban

Ezek a módszerek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy nagyon célzott változásokat hajtsanak végre a genomban. Gyakran ezeket a változtatásokat hagyományos nemesítéssel is el lehetne érni, de néhány hónap helyett több évig tartana ugyanezt az eredményt felmutatni. A génszerkesztés mellett szól az is, hogy

a közelmúltban számos ország megkönnyítette a kutatók és a vállalatok számára az így előállított növények tanulmányozását és kereskedelmi forgalomba hozatalát.

A növények új tulajdonságainak módosítására szolgáló másik módszer, a génmanipuláció (GMO), amelynek során az egyik faj DNS-ét viszik át egy másikba, gyakran kiterjedt vizsgálatokat és hosszadalmas felülvizsgálatokat igényel az engedélyezés előtt.

Meglepetés a kiváló növekedés

Gao génszerkesztett növényei a várakozásoknak megfelelően ellenálltak a lisztharmat fertőzésének, de meglepetésére a növény ugyanolyan jól növekedett, mint a nem módosított kontrollnövények az üvegházi kísérletekben.

Más kutatók szerint is ígéretesnek tűnnek az üvegházi kísérletek és a laboratóriumi adatok. 

A csapat a génszerkesztett búza növekedését szabadföldi körülmények közt is vizsgálta.

A módosított növények ugyanolyan magasra nőttek, mint a többi búza. És amikor a kutatók megszámolták a parcellákból származó mintegy 30 növény mindegyikén a szemeket, nem volt statisztikailag szignifikáns különbség – számolnak be a Nature közelmúltban megjelent számában.

Keller figyelmeztet, hogy a búza terméshozamát nem lehet megbízhatóan meghatározni az egyes növények mérésével, ehhez sok négyzetméteres parcellákat kell bevetni, majd a betakarítás után kiértékelni a mennyiséget.

A véletlen a kutatók kezére játszott

A módosított növények genomjának mélyebb vizsgálata során Gao és munkatársai kimutatták, hogy a szerkesztés során nem csak egy MLO gén egy részét távolították el, hanem véletlenül egy nagy DNS-szakaszt is az egyik kromoszómáról.

Ez azt eredményezte, hogy a közelben lévő TMT3 nevű gén aktívabbá vált, és ez az, ami valahogy normalizálta a növekedést. A gén egy olyan fehérjét kódol, amely a cukormolekulák szállításában vesz részt, de hogy hogyan győzi le az MLO mutáció okozta terméskiesést, az továbbra is rejtély – mondja Gao.

A TMT3 számos más növényfajban is megtalálható

Gao és kollégái meg akarják próbálni a génszerkesztést a szamócában, a paprikában és az uborkában, amelyek szintén nagyon érzékenyek a lisztharmatra.

Eközben négy olyan búzafajtán is elvégezték a génszerkesztést, amelyeket a kínai gazdák kedvelnek, és terméshozamukat nagyobb szántóföldi kísérletekkel fogják tesztelni.

Mielőtt bármilyen génszerkesztett búzát eladnának a kínai gazdáknak, az új fajtákat a mezőgazdasági minisztériumnak jóvá kell hagynia. Gao optimista: szerinte a minisztérium új irányelvei a génmódosított növények jóváhagyására vonatkozóan „egyértelmű utat biztosítanak” a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz.