Ziemniakowi przyszłości upał nie przeszkadza

Roślina wydała o 30% więcej dużych, czerwonych bulw niż normalny, niezmodyfikowany ziemniak uprawiany w tych samych warunkach, jak wynika z niedawnego badania opublikowanego w „Global Change Biology”.

„To badanie jest szczególnie godne uwagi, ponieważ wykazuje rzeczywiste korzyści w warunkach polowych i dotyczy ważnej rośliny uprawnej – mówi biochemik Edward Smith z University of Oxford, który nie brał udziału w badaniach. – Nie ma powodu, dla którego tej techniki nie można by zastosować w przypadku innych roślin”.

Aby zmodyfikować ziemniak, Meacham-Hensold i jej zespół z Univeristy of Illinois Urbana-Champaign skoncentrowali się na niekorzystnym procesie uruchamianym przez wysoką temperaturę u większości roślin – fotooddychaniu – podczas którego kluczowy enzym fotosyntezy, RuBisCO, zostaje „rozproszony” i zaczyna wytwarzać toksyczny produkt uboczny. Cząsteczki RuBisCO muszą wiązać się z dwutlenkiem węgla, aby przeprowadzać fotosyntezę, ale przez około jedną czwartą czasu zamiast tego przyłączają tlen – a to błędne działanie zachodzi częściej w wysokich temperaturach. Ta obniżona skuteczność może zmniejszyć plony nawet o 50%.

W nowo zmodyfikowanych ziemniakach wprowadzony gen produkował białko, które przemieszczało się do chloroplastów – organelli odpowiedzialnych za fotosyntezę. Tam rozkładało toksyczny produkt uboczny, eliminując potrzebę jego transportowania do innych organelli. Mechanizm te pozwalał na zaoszczędzenie energii, podobnie jak lokalna produkcja żywności umożliwia zmniejszenie kosztów transportu.

Podczas sezonu wegetacyjnego zmodyfikowanych ziemniaków w 2022 roku w Illinois wystąpiła trwająca cztery dni fala ekstremalnych upałów z temperaturami przekraczającymi 35°C. Jednak dzięki wprowadzonej modyfikacji genetycznej – która może być przekazywana kolejnym pokoleniom – plony wzrosły o prawie jedną trzecią.

„Byliśmy naprawdę pod wrażeniem” – mówi Meacham-Hensold. Dodaje, że fotosynteza to obiecujący cel dla inżynierii rolniczej, ponieważ może zwiększyć plony bez konieczności zwiększania powierzchni uprawnej i użycia nawozów. Wyniki są faktycznie bardzo zachęcające, przyznaje Smith, choć chciałby zobaczyć dane z kolejnych sezonów uprawnych.

Nowa technika może pomóc roślinom dostosować się do zmian klimatu. Podobne strategie wykorzystywano wcześniej w uprawie ryżu, ale w tym badaniu po raz pierwszy wykazano, że modyfikacja nie powoduje spadku wartości odżywczych rośliny, mówi Meacham-Hensold. Naukowcy zamrozili i zmielili bulwy ziemniaków, aby zmierzyć zawartość skrobi, błonnika, cukrów, białka, wapnia, potasu, żelaza oraz witamin B6 i C.

Następnym celem badań będzie soja i wspięga wężowata (Vigna unguiculata) – ta druga to kluczowa roślina dla bezpieczeństwa żywnościowego w krajach afrykańskich, mówi Meacham-Hensold. Odmiana wysokoplennych soi z tą samą modyfikacją genetyczną trafi na pola jeszcze w tym roku.