Kiméra növények-mindkét világ legjobbjai

Kiméra tojás & Chips (bal fotó) és TomTato (jobb fotó) növények oltványok érintő közeli rokon fajok. Más kimérák is lehetségesek, ha az oltást általánosabban lehet alkalmazni.

fotó: THOMPSON & MORGAN

az egyik növény hajtásának levágása és a másikhoz (az alanyhoz) való csatlakozás vagy oltás évezredek óta a termelők gyakorlata. Az így létrejövő kiméra organizmusok lehetővé tették a kívánt tulajdonságokkal rendelkező gyümölcsök és zöldségek szaporítását, a fa méretének ellenőrzését a gyümölcs betakarításának megkönnyítése érdekében, valamint az elit borfajták megőrzését a filoxérának ellenálló alanyokon, egy pusztító rovar. A legtöbb növényfaj önmagát oltja be, némelyik szorosan rokon fajokhoz, de ritkán sikerül a növényeket távoli rokonokhoz oltani (1). A szám 698. oldalán Notaguchi et al. (2) azonosítson egy kulcsfontosságú enzimatikus aktivitást, amely elősegíti a Nicotiana benthamiana dohánynövény és a fajok széles skálája közötti oltványok létrehozását. Bemutatják, hogy két inkompatibilis faj oltható be az N. benthamiana szövetének felhasználásával interscionként. Ez jelentősen kibővítheti azoknak a fajoknak a kombinációit, amelyekkel kimérákat lehet létrehozni.

a két faj közötti kompatibilitás attól függ, hogy létrejön-e egy sikeres graft Unió a vágott határokon és az összetett, oltott növény hosszabb túlélése. Más kompatibilis-inkompatibilis kölcsönhatásokkal ellentétben, mint például a pollen Ön-vagy nem-én felismerése a női virágszervek által, még nincs bizonyíték a graft komponensek közötti specifikus felismerési mechanizmusra. Fontos azonban, hogy a vágott felületeken lévő sejtek egymáshoz tapadjanak, hogy a határon lévő sejtek osztódjanak és növekedjenek, és hogy az érrendszer, amely a víz, a tápanyagok és a távolsági jelzőmolekulák szállításához szükséges a gyökerekből a növény légi részeibe, újra összekapcsolódjon (1). Notaguchi et al. egy specifikus celluláz bevonása a sejt-sejt adhézió elősegítésébe. Az, hogy a celluláz hogyan könnyítheti meg ezt a fiziológiai folyamatot, továbbra is kérdés.

a Cellulázok megemésztik a cellulózt, a növényi sejtfalak fő állványkomponensét (3), és ez lehetővé teheti a cellulóz mikrofibrillák átalakítását és fúzióját az érrendszer sejtfalai vagy más sejttípusok között a hajtás és az alany között. Egy másik lehetőség az, hogy a cellulóz lebomlása felügyeleti mechanizmusokat vált ki a sejtfal integritása érdekében, ezáltal elősegítve a sejtfal bioszintézisét (3). Bár a különböző növényfajok sejtfalai nagyon eltérő összetételűek lehetnek (3), a cellulóz mindig komponens, ami megmagyarázhatja, hogy miért tűnik úgy, hogy a cellulózt szubsztrátként megcélzó enzimaktivitás megkönnyíti a taxonómiailag távoli Fajok közötti kompatibilitást.

az azonos fajba tartozó növények közötti graftok készítésének képessége megnyitotta a távolsági jelátvitel területét a növénykutatásban, mivel a mobil fehérjéket, a messenger RNS-eket (mRNS-eket) és a kis RNS-eket jelző molekulákként azonosították (1). Az alanyokból származó florigen növényi hormont olyan tényezőként azonosították, amely elősegíti a virágzást, a strigolaktont pedig növényi hormonként, amely elősegíti az elágazást. Graftokkal tisztáztuk azt a mechanizmust, amellyel az RNS-elnémítás szisztémásan terjed (1). Az oltványok lehetővé teszik a különböző növényfajok genomjai közötti egész életen át tartó kölcsönhatások tanulmányozását, a gyökérrendszerek architektúrájának hatását a növények életerejére és egészségére, valamint az új növényfajok tervezését. Az oltványok kereskedelmi sikerének példái közé tartozik a TomTato, egy növény, amely mind a gyökérből, mind a paradicsomból termeli a burgonyát a föld felett, valamint a tojás & Chips, egy padlizsán sarj egy burgonya alanyon (4) (lásd a képeket). A paradicsom, a padlizsán és a burgonya, valamint a dohány ugyanabba a családba, a Solanaceae családba tartoznak, és így természetesen alkalmasak az oltásra.

Notaguchi et al. Bizonyítsuk be, hogy az N. benthamiana hajtásai vagy Alanyai filogenetikailag távoli szójababokat és krizantémokat, valamint 38 virágos növény (zárvatermő) család képviselőit olthatják be. A hajtásként és alanyként használható Fajok kombinációjának kibővítésével az oltási technológia távoli rokonok közötti kimérákat hozhat létre, amelyek hozzájárulnak a fenntarthatóbb mezőgazdasági lábnyomhoz és hozzájárulnak a biodiverzitás megőrzéséhez.

több biotikus és abiotikus stresszor növekszik az éghajlatváltozással, ami súlyosbítja a terméskülönbséget, az elméleti és a tényleges hozam közötti különbséget számos agronómiai és zöldségnövény esetében. Szárazság-vagy kórokozókkal szemben ellenálló vagy sótűrő alanyok, akár természetesen, akár genetikailag megtervezve, kibővíthetik a kívánt fajták növekvő körét. Az Eudicots széles skáláján (a virágos növények két osztályának egyikén) történő oltás képessége eszközt nyújt a fajok közötti toleranciatulajdonságok összeállításához: ezek a tulajdonságok multigenikusak, ezért egy vagy néhány transzgént nem könnyű kezelni. A fafajok vízzel vagy hőmérsékleti stresszel szembeni ellenálló képességének genetikai különbségei egyes fajokat különösen sebezhetővé tesznek az éghajlatváltozás várható időskáláján (5). Az erős alanyok felhasználhatók a veszélyeztetett fajok rövidebb időn belüli megőrzésére, mint amennyit a tenyésztési programok elérhetnek.

fotó: THOMPSON & MORGAN

az Ismeretesség és az egyszerűség, valamint a kompatibilis Fajok folyamatainak automatizálása vonzó stratégiává tette az oltási technológia termesztői elfogadását a terméshozam és a termékminőség növelése, valamint a gyümölcsök és zöldségek új környezetben történő termesztése érdekében. Az oltás ivartalan, vegetatív szaporítási technika is, amely megkerülheti a géntechnológiával módosított szervezetekre (GMO-k) vonatkozó jelenlegi korlátozásokat (6). Például a géntechnológiával módosított alanyokon történő oltás a talaj által okozott betegségekre való hajlam leküzdése érdekében leküzdheti a szabályozási akadályokat, mivel a betegségekkel szemben ellenálló gyümölcsöket maguk nem módosították géntechnológiával (7). Az alany módosítható olyan kis RNS-ek előállítására, amelyek szisztémásan terjednek, hogy elnémítsák a génexpressziót a hajtásban, ezáltal közvetett módon módosítva a növény légi részeinek jellemzőit (6). Hasonlóképpen, a géntechnológiával módosított hajtások növelhetik a hagyományos gyökér-vagy gumós növények, például a burgonya és a manióka termelékenységét. Az ilyen transzgraftált növények képesek kezelni a transzgén áramlásával vagy a transzgenikus termékek kijutásával kapcsolatos aggályokat (8).

az egyik legfontosabb fennmaradó technikai probléma az egyszikű fajok (az eudicots mellett a virágos növények másik osztálya) oltásának kudarca. A búza, a rizs és a kukorica adja a globális emberi kalória kétharmadát (9). Ezeknek és más egyszikűeknek az érrendszere különbözik az összes többi virágos növényétől, és az egyszikűek és az eudicotok közötti oltványok meghibásodhatnak az anatómiai inkompatibilitások miatt a phloem és a xylem érrendszer újracsatlakozásában. A striga parazita növény egy eudicot, amely sikeresen behatol a rizs érrendszerébe. Ezért a parazitizmus természetes mechanizmusainak tisztázása hasznos betekintést nyújthat (1). Az egyszikű hajtások azonban szintén nem képesek sikeresen oltani az egyszikű alanyokat. E korlátozás megértése és leküzdése fontos a jövőbeli globális élelmezésbiztonság védelme érdekében.

a növények két világban élnek, gyökereik a föld és a víz világában, légi részeik pedig a levegő és a fény világában. A jelenlegi Antropocénben egy ősi technika, amelyet az új mechanisztikus megértés tájékoztat, segíthet a növényeknek és az embereknek abban, hogy mindkét világból a legjobbat hozzák ki.