kimeeriset kasvit-molempien maailmojen parhaat puolet
Chimeric Egg & Chips (kuvassa vasemmalla) ja TomTato (kuvassa oikealla) kasvit ovat vartteita, joihin liittyy läheistä sukua olevia lajeja. Muut kimairat voivat olla mahdollisia, jos oksastusta voidaan soveltaa yleisemmin.
kuva: THOMPSON & MORGAN
yhden kasvin versojen leikkaaminen ja liittäminen eli varttaminen toiseen (juurakko) on ollut viljelijöiden käytäntö vuosituhansien ajan. Tuloksena kimeerinen organismit ovat mahdollistaneet lisääminen hedelmiä ja vihanneksia halutut ominaisuudet, valvonta puun koon helpottaa hedelmäsatoja, ja säilyttäminen eliitti viinilajikkeiden scions on perusrungot kestävät viinikirva, tuhoisa hyönteinen. Useimmat kasvilajit siirtyvät itselleen, jotkut lähisukulaislajeille, mutta harvoin kasvit onnistuvat siirtymään kaukaisempiin sukulaisiin (1). Tämän numeron sivulla 698, Notaguchi ym. (2) tunnistettava keskeinen entsymaattinen toiminta, joka edistää Nicotiana benthamiana-tupakkakasvin ja useiden lajien välisten vartteiden perustamista. Ne osoittavat, että kaksi yhteensopimatonta lajia voidaan oksastaa käyttämällä N. benthamianan kudosta interscionina. Tämä voisi merkittävästi laajentaa niiden lajien yhdistelmiä, joiden kanssa kimairojen tuottaminen on mahdollista.
kahden lajin yhteensopivuus riippuu siitä, onnistuuko siirtoliittymä leikatuille rajoille ja säilyykö yhdistelmä vartettu kasvi pidempään. Toisin kuin muissa yhteensopivissa-yhteensopimattomissa-vuorovaikutuksissa, kuten siitepölyn tunnistamisessa itseksi tai ei-itseksi naaraan kukka-elimissä, ei ole vielä näyttöä siitä, että siirteen osien välillä olisi erityinen tunnistusmekanismi. On kuitenkin tärkeää, että leikatuilla pinnoilla olevat solut alkavat kiinnittyä toisiinsa, että rajoilla olevat solut jakaantuvat ja kasvavat ja että verisuonisto, jota tarvitaan veden, ravinteiden ja pitkän matkan merkinantomolekyylien kuljettamiseen juurista kasvin antenniosiin, yhdistetään uudelleen (1). Notaguchi ym. liittää tietyn sellulaasin solujen ja solujen välisen adheesion edistämiseen. Miten sellulaasi voisi helpottaa tätä fysiologista prosessia, on jäljellä oleva kysymys.
Sellulaasit sulattavat selluloosaa, joka on kasvien soluseinien tärkein tukikomponentti (3), ja tämä saattaa mahdollistaa selluloosan mikrokuitujen uudelleenmuotoilun ja yhdistämisen verisuoniston soluseinien tai muiden solutyyppien välillä. Toinen mahdollisuus on, että selluloosan hajoaminen käynnistää soluseinän eheyden valvontamekanismit ja edistää siten soluseinän biosynteesiä (3). Vaikka eri kasvilajien soluseinillä voi olla hyvin erilaisia koostumuksia (3), selluloosa on aina komponentti, mikä saattaa selittää sen, miksi entsyymiaktiivisuus, joka kohdistuu selluloosaan sen substraattina, näyttää helpottavan taksonomisesti kaukaisten lajien yhteensopivuutta.
kyky tehdä siirtoja saman lajin kasvien välillä avasi kasvintutkimuksessa kaukomatkasignaaloinnin kentän, koska liikkuvat proteiinit, viestinviejämolekyylit (mrnas) ja pienet Rnat tunnistettiin signalointimolekyyleiksi (1). Juurista peräisin oleva kasvihormoni florigen tunnistettiin kukintaa edistäväksi tekijäksi ja strigolaktoni haaroittumista edistäväksi kasvihormoniksi. Mekanismi, jolla RNA: n vaimennus leviää systeemisesti, selvitettiin siirteillä (1). Graftit mahdollistavat myös eri kasvilajien genomien elinikäisten vuorovaikutusten tutkimisen, juuristojen arkkitehtuurin vaikutuksen kasvien elinvoimaisuuteen ja terveyteen sekä uusien kasvilajien suunnittelun. Esimerkkejä graftien kaupallisesta menestyksestä ovat TomTato, kasvi, joka tuottaa sekä perunaa juuresta että tomaateista maanpinnan yläpuolella, ja kananmuna & Sipsit, munakoisoviipale perunajuurella (4) (katso kuvat). Tomaatit, munakoisot ja perunat kuuluvat yhdessä tupakan kanssa samaan heimoon, Solanaceae, ja siten ne ovat luontaisesti vartettavissa.
Notaguchi ym. osoittaa, että N. benthamiana scions tai juurakot voivat siirtyä fylogeneettisesti kaukana soija ja krysanteemit, sekä edustajia 38 kukkivia kasvi (angiosperm) perheitä. Laajentamalla lajiyhdistelmiä, joita voidaan käyttää scioneina ja perusrunkoina, varttamisteknologia voisi tuottaa kimeerejä kaukaisten sukulaisten välille, mikä edistää kestävämpää maatalouden jalanjälkeä ja auttaa säilyttämään luonnon monimuotoisuuden.
Monibioottiset ja abioottiset stressitekijät lisääntyvät ilmastonmuutoksen myötä, mikä pahentaa monien maatalous-ja vihanneskasvien satokuilua, teoreettisen ja todellisen sadon eroa. Kuivuutta tai taudinaiheuttajia kestävät tai suolaa sietävät perusrungot, joko luonnostaan tai geenimuunneltuina, voisivat laajentaa haluttujen lajikkeiden kasvuvalikoimaa. Kyky siirtyä monenlaisiin eudikoteihin (jompaankumpaan kukkivien kasvien luokkaan) tarjoaa työkalun koota toleranssiominaisuuksia eri lajien välillä: tällaiset piirteet ovat monigeenisiä, eikä niitä siksi ole helppo käsitellä yhden tai muutaman transgeenisen tekniikan avulla. Puulajien veden-tai lämpötilastressin sietokyvyn geneettiset erot tekevät joistakin lajeista erityisen haavoittuvia ilmastonmuutoksen ennakoidulla aikajänteellä (5). Jykeviä perusrunkoja voitaisiin käyttää riskialttiiden lajien säilyttämiseen lyhyemmässä ajassa kuin jalostusohjelmilla pystyttäisiin saavuttamaan.
perehtyneisyys ja helppous yhdessä yhteensopivien lajien automatisoinnin kanssa ovat tehneet varttamisteknologian hyväksymisestä houkuttelevan strategian sadon ja tuotteiden laadun lisäämiseksi sekä hedelmien ja vihannesten kasvattamiseksi uusissa ympäristöissä. Varttaminen on myös suvuton kasvullisen lisäyksen menetelmä, jolla voidaan kiertää muuntogeenisiä organismeja (GMO) koskevat nykyiset rajoitukset (6). Esimerkiksi geenimuunneltujen perusrunkojen varttaminen scion-lajikkeen soilborne disease-alttiuden voittamiseksi voisi ylittää sääntelyyn liittyvät esteet, koska taudille vastustuskykyisiä hedelmiä ei ole itse muunnettu geneettisesti (7). Juurakko voitaisiin muuttaa tuottamaan pieniä RNA: ita, jotka leviävät systeemisesti hiljentääkseen geeniekspression scionissa, mikä epäsuorasti muuttaa kasvin antenniosien ominaisuuksia (6). Samoin geenimuunnellut scionit voisivat parantaa perinteisten juuri-tai mukulakasvien lajikkeiden, kuten perunan ja maniokin, tuottavuutta. Tällaisilla transgeenisillä kasveilla on mahdollisuus puuttua transgeenivirtaukseen tai siirtogeenisten tuotteiden poistumiseen liittyviin huolenaiheisiin (8).
keskeinen jäljellä oleva tekninen ongelma on yksisirkkaisten lajien (toinen kukkivien kasvien luokka eudikotien lisäksi) varttamisen epäonnistuminen. Vehnästä, riisistä ja maissista saadaan kaksi kolmasosaa maailman ihmisen kaloreista (9). Näiden ja muiden monokokkien verisuonitus eroaa kaikkien muiden kukkivien kasvien verisuonistosta, ja monokokkien ja eudikokkien väliset graftit voivat epäonnistua, koska ne ovat anatomisesti yhteensopimattomia floeemin ja xyleemin verisuoniston yhdistämisessä. Loiskasvi Striga on eudikotti, joka tunkeutuu onnistuneesti riisin verisuonistoon. Siksi loisimisen luonnollisten mekanismien selvittäminen voi antaa hyödyllistä tietoa (1). Monocot scions eivät kuitenkaan myöskään onnistu siirtymään onnistuneesti monocot-perusrunkoihin. Tämän rajoituksen ymmärtäminen ja ylittäminen on tärkeää maailmanlaajuisen elintarviketurvan turvaamiseksi tulevaisuudessa.
kasvit sijoittuvat kahteen maailmaan, joiden juuret ovat maan ja veden maailmassa ja antenniosat ilman ja valon maailmassa. Nykyisellä Antroposeenilla vanha tekniikka, joka perustuu uuteen mekanistiseen ymmärrykseen, saattaa auttaa kasveja ja ihmisiä hyödyntämään molempia maailmoja parhaalla mahdollisella tavalla.
tämä artikkeli on jaettu tiedelehtien Oletuslisenssin ehdoilla.
