Chimerické rostliny–to nejlepší z obou světů

Chimerická Vejce & Chipsy (foto vlevo) a TomTato (fotografie vpravo), rostliny jsou štěpy zahrnující blízce příbuzných druhů. Jiné chiméry mohou být možné, pokud lze roubování aplikovat obecněji.

FOTO: THOMPSON & MORGAN

řezání střílet z jedné rostliny (potomka) a spojování, nebo roubování, do jiného (podnože) byla praxe pěstitelů po tisíciletí. Výsledný chimérický organismy umožnily šíření ovoce a zeleniny s požadované vlastnosti, kontroly strom velikost pro usnadnění sklizně ovoce a zachování elitní víno kultivaru rouby na podnože odolné vůči révokazu, destruktivní hmyzu. Většina rostlinných druhů se roubuje k sobě, některé k blízce příbuzným druhům, ale zřídka se rostliny úspěšně roubují k vzdálenějším příbuzným (1). Na straně 698 tohoto čísla, Notaguchi et al. (2) identifikujte klíčovou enzymatickou aktivitu, která podporuje vytváření štěpů mezi tabákovou rostlinou Nicotiana benthamiana a širokou škálou druhů. Ukazují, že dva nekompatibilní druhy mohou být roubovány pomocí tkáně z N. benthamiana jako interscion. To by mohlo podstatně rozšířit kombinace druhů, s nimiž je možné vytvářet chiméry.

Kompatibilita mezi dvěma druhy závisí na vytvoření úspěšné štěpu unie na řezu hranice a prodloužené přežití kompozitní, roubované rostliny. Na rozdíl od jiných kompatibilních nekompatibilních interakcí, jako je rozpoznávání pylu jako já nebo ne-já ženskými květinovými orgány, dosud neexistuje žádný důkaz pro specifický mechanismus rozpoznávání mezi složkami štěpu. To je důležité, i když,, že buňky v řezu plochy begin držet se navzájem, že buňky na hranici dělit a růst, a to cévním systému, potřebné pro transport vody, živin, a dlouho-vzdálenosti signální molekuly z kořenů do nadzemních částí rostliny, je znovu (1). Notaguchi et al. implikují specifickou celulázu při podpoře adheze mezi buňkami. Jak může celuláza usnadnit tento fyziologický proces, je zbývající otázkou.

Cellulases působí na trávení celulózy, hlavní lešení složkou rostlinných buněčných stěn (3), a to by mohlo umožnit přestavby a syntézy celulózy mikrovlákna mezi buněčné stěny cévní nebo jiné typy buněk, mezi potomka a podnož. Další možností je, že degradace celulózy spouští kontrolní mechanismy pro integritu buněčné stěny, čímž podporuje biosyntézu buněčné stěny (3). I když buněčné stěny různých druhů rostlin může mít velmi různé kompozice (3), celulóza je vždy součásti, které by mohly vysvětlit, proč enzymové aktivity zaměřené celulózy jako jeho substrátu se objeví usnadnit kompatibilitu mezi taxonomicky vzdálených druhů.

schopnost, aby se štěpy mezi rostlinami stejného druhu otevřel pole pro dálkovou signalizaci ve výzkumu rostlin, protože mobilní proteiny, messenger RNAs (mRNAs), a malé Rna byly identifikovány jako signální molekuly (1). Původem z podnoží byl rostlinný hormon florigen identifikován jako faktor, který podporuje kvetení a strigolakton jako rostlinný hormon, který podporuje větvení. Mechanismus, kterým se systémově šíří tlumení RNA, byl objasněn pomocí štěpů (1). Štěpy také umožnit studium celoživotní interakce mezi genomy různých druhů rostlin, jak architektura kořenových systémů, může ovlivnit rostliny vitalitu a zdraví, a návrh nových druhů plodin. Příklady komerční úspěch od štěpy patří TomTato, rostlina, produkující oba brambory z kořene a rajčat nad zemí, a Vejce & Čipy, lilek scion na brambory podnož (4) (viz fotografie). Rajčata, lilky a brambory spolu s tabákem patří do stejné rodiny Solanaceae, a proto jsou přirozeně přístupné roubování.

Notaguchi et al. prokázat, že potomci nebo podnože N. benthamiana mohou roubovat do fylogeneticky vzdálených sójových bobů a chryzantém, stejně jako zástupci 38 rodin kvetoucích rostlin (angiosperm). Rozšířením kombinace druhů, které mohou být použity jako rouby a podnože, roubování technologie by mohla vytvářet chiméry mezi vzdálené příbuzné, které přispívají k udržitelnější zemědělské stopu a pomoci zachovat biodiverzitu.

Více biotické a abiotické stresory jsou zvyšující se změnou klimatu, což prohlubuje propast výnosu, rozdíl mezi teoretickým a skutečným výnosem, pro mnoho agronomické a zeleniny. Podnože odolné vůči suchu nebo patogenům nebo soli, ať už přirozeně nebo geneticky upravené, by mohly rozšířit rostoucí škálu požadovaných kultivarů. Schopnost graft přes širokou škálu eudicots (jeden ze dvou tříd kvetoucích rostlin) poskytuje nástroj pro kompilaci tolerance rysy napříč druhy: Tyto vlastnosti jsou multigenic, a proto není snadno řešit inženýrské jeden nebo několik transgenů. Genetické rozdíly v odolnosti dřevin do vody nebo teplotní stres bude některé druhy zvláště ohrožené na předpokládané časové škále klimatických změn (5). Robustní podnože by mohly být použity k ochraně ohrožených druhů v kratším časovém rámci, než by mohly dosáhnout šlechtitelské programy.

foto: THOMPSON & MORGAN

Znalost a jednoduchost, spolu s automatizace procesu pro kompatibilní druhů, učinil pěstitel přijetí roubování technologie atraktivní strategie, jak zvýšit výnosy a kvalitu produktu, a pěstovat ovoce a zeleninu v novém prostředí. Roubování je také nepohlavní, vegetativní rozmnožovací technika, která by mohla obejít současná omezení pro geneticky modifikované organismy (GMO) (6). Například, roubování na geneticky modifikované podnože překonat soilborne onemocnění, náchylnost scion kultivar může překonat překážky, protože onemocnění rezistentní plody mají samy o sobě byly geneticky modifikované (7). Podnož může být upraven tak, aby produkovat malé Rna, které se šíří systémově umlčet expresi genu na potomka, čímž se nepřímo mění vlastnosti nadzemních částí rostliny (6). Podobně by geneticky upravené potomky mohly zvýšit produktivitu konvenčních kultivarů kořenových nebo hlíz, jako jsou brambory a maniok. Takové transgrafované rostliny mají potenciál řešit obavy z toku transgenu nebo úniku transgenních produktů (8).

klíčovým technickým problémem je selhání roubování jednoděložných druhů (druhá třída kvetoucích rostlin kromě eudicotů). Pšenice, rýže a kukuřice poskytují dvě třetiny globálních lidských kalorií (9). Vaskulaturu tyto a další jednoděložné rostliny se liší od těch všech ostatních kvetoucích rostlin a štěpy mezi monocots a eudicots může selhat, protože anatomické nedostatky v opětovném lýko a xylému cévního systému. Parazitická rostlina Striga je eudicot, který úspěšně napadá a připojuje se k vaskulatuře rýže. Objasnění přirozených mechanismů parazitismu proto může poskytnout užitečné poznatky (1). Monocot potomci však také nedokáží úspěšně roubovat na monocot podnože. Pochopení a překonání tohoto omezení je důležité pro ochranu budoucí globální potravinové bezpečnosti.

rostliny rozkročí dva světy, se svými kořeny ve světě země a vody a jejich nadzemních částí ve světě vzduchu a světla. V současném antropocénu může starodávná technika, informovaná novým mechanistickým porozuměním, pomoci rostlinám a lidem vytěžit to nejlepší z obou světů.