Нова пољопривредна револуција?

Биљке су, недавно, први пут вештачки клониране. То је
важан корак ка стварању хибридних усева који ће задржавати своје добре особине из генерације у генерацију. А тиме би се и број гладних уста у свету знатно смањио

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Полни живот се на свиђа свима. Размножавање биљака одавно задаје главобоље земљорадницима који покушавају да остваре што боље приносе својих култура. Сусрет зрна полена с јајном ћелијом не може да задовољи сва њихова очекивања и потребе. Присутно код већине усева, полно размножавање повлачи са собом широко и ризично мешање гена, где су, као на лутрији, губитници увек многобројнији од добитника. На крају, пожњевеног семена је мање и обично је слабијег квалитета од онога које је брижљиво одабирано (селекционисано) и посејано.

Да би се осигурали од добијања неуједначених жетви, имућнији произвођачи сваке године купују ново семе, док они сиромашнији, хтели не хтели, морају да се задовоље семеном чији је принос слабији. Шта је решење? Протерати „секс” са обрадивих поља, њива! Тачније, створити такве биљке које ће, из године у годину, производити истоветно семе – без полног размножавања које умањује квалитет током наредних генерација.

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg


Француски истраживач Рафаел Мерсије бере клонирано семе добијено укрштањем
две генетски измењене линије биљке уротњак.

Међутим, већ деценијама агрономи не успевају да произведу такво – „клонирано” семе. И док су стручњаци из већине лабораторија у свету дигли руке од њега, истраживачи из Француске (Inra у Версају), Индије (Центар за ћелијску и молекуларну биологију из Хајдерабата) и Америке (са универзитета Дејвис у Калифорнији) направили су значајан корак. Једна биљка с полним начином размножавања доведена је до стања када је могла да произведе семе које одражава њен целокупан геном, прво клонирано семе. И тако се, после прве зелене револуције – која је вештачким одабирањем биљака и употребом ђубрива омогућила знатно повећање пољопривредне производње, после напора који су уложени у „генетски модификоване организме” (ГМО), али који су наишли на снажан отпор јавности, на видику појављује нова револуција – заснована на клонирању семена.

Несавршени хибриди

Да би се добиле њиве са уједначеним и добрим приносом, најбоље постојеће решење подразумева куповину и сејање хибридног семена. И то је управо оно што земљорадници у развијенијим деловима света раде – сеју семе које је добијено укрштањем две чисте линије, које су одабране (селекционисане) по њиховим посебним, пожељним особинама. Хибриди не само да збрајају предности својих родитеља (један хибридни кукуруз, на пример, даваће више зрна, као његов отац, а биће отпоран на одређени вирус, као његова мајка), већ је и просечан принос хибрида већи за око 20 одсто.

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Ова појава, названа „хибридна снага” (бујност), није сасвим научно објашњена иако је допринела знатном повећању пољопривредне производње. И све би било у реду да хибриди немају две озбиљне мане које ограничавају њихову употребу. Најпре, хибриди се тешко добијају код биљака као што су пшеница, пиринач или грашак, за које је својствено да се самооплођују, то јест, да се међусобно укрштају током полног размножавања. Такође, код биљака које имају мноштво хибрида, као што су кукуруз или парадајз, уочава се још једна њихова мана – ако се хибридна зрна поново користе за сетву, већ наредна, друга генерација даће знатно мањи принос у поређењу с првом.

Не ради се о прикривеној намери произвођача семена да сваке године измаме нове своте новца од земљорадника. На делу је испољавање основних законитости генетике, које је још крајем 19. века открио Грегор Мендел. Све особине биљке, подаци неопходни за њен развој и живот, забележени су у генима, деловима ДНК која се налази у хромозомима.

Током полног размножавања хромозоми сваког родитеља се удвостручавају, затим се двапут деле, тако да се потомству на крају пренесе само половина генетских података родитеља. Односно, од једне диплоидне ћелије (са две гарнитуре хромозома, једном од мајке и другом од оца) двоструком поделом настају четири хаплоидне ћелије (са по једном гарнитуром хромозома). У поређењу с мајком ћелијом, број хромозома у ћелијама кћеркама смањује се на пола. Зато се овакав начин деобе назива редукциона деоба или „мејоза”, која је својствена за полне ћелије. Управо такав поступак ћелијске деобе, којим се мешају гени родитеља, разлог је што хибриди не преносе сав свој (драгоцени) генетски материјал на потомство! Да не говоримо да „хибридна снага” нестаје као да је однета неком чаролијом.

Суочени са оваквим манама хибрида, ратари су приморани да користе само прву генерацију семена „F1”, која се сваке године производи спорим и брижљивим поступком укрштања оригиналних, чистих родитељских линија. (У 2009. години вредност светске трговине семеном нарасла је на 42 милијарде долара.) Ипак, многи појединачни произвођачи у свету, нарочито у неразвијеним земљама, нису у могућности да сваке године купују ново хибридно семе. Уместо њега користе обично, најчешће семе које су убрали са сопствених њива, па добијају мање и лошије приносе.

Међутим, у природи постоји и бесполно размножавање названо „апомиксија” (на грчком – „без мешања”), појава која је отворила наду да би поменуте мане хибрида могле да се превазиђу. Више од 400 дивљих врста биљака размножава се на овај начин, без самооплодње, проласка кроз мијозу и њено генетско мешање. Уместо тога користе „митозу”, начин при коме се хромозоми диплоидне ћелије такође удвостручавају, али се потом само једном деле. Тако се потомству преноси целокупан, диплоидан геном. На тај начин размножавају се маслачак, глог, дивља купина, љутић... А семе биљке кћерке генетски је исто као семе мајке – оно је њен клон. Ако је мајка добро прилагођена одређеној околини (станишту) или сврси, то ће бити и њено потомство.

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Свети грал агрономије

Апомиксија је дуго била само ботаничка реткост, занимљивост. Онда је, осамдесетих година 20. века, изненада откривено да при укрштању једне биљке са полним размножавањем, са биљком која га нема (апомиксија), код више биљака може да се добије бесполна врста. Односно, да се полно размножавање биљке претвори у бесполно! Ово откриће покренуло је лавину истраживања широм света, са основним циљем да се то постигне и код пшенице, кукуруза и осталих биљака које су од велике важности за исхрану човека. Уградња апомиксије у житарице постала је свети грал агрономије.

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg


Природно клонирање постоји код више од 400 дивљих врста, на пример код љутића, маслачка, глога. Овај бесполан начин размножавања, без икаквог мешања гена, назван је апомиксија.

Ово „средство” омогућило би да се биљке прилагођавају околини, а не да се, као сада, околина прилагођава биљци – кроз обимну примену агротехнике. Узгајање усева могло би да постане много брже и повезаније са микроокружењем, а само једна, добро прилагођена биљка, могла би да обезбеди исто тако добро потомство. Сваки поједини пољопривредни произвођач могао би сам да се бави биљном селекцијом. Семе од апомиктичног хибрида не би губило генетски потенцијал кроз полно укрштање, па ратари не би морали да купују ново семе сваке године. Оно би било и много јефтиније, па би постало приступачно малим произвођачима, у сиромашним државама.

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Укратко, биљке које не упражњавају „секс” би могле да унесу револуцију у пољопривредну производњу. Замислите само свет у коме би сви приноси били увећани за 20–30 одсто!

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Али, авај! Овај подухват се показао много сложенијим него што се мислило. Неки истраживачи пробали су да уведу апомиксију преко хибрида. Покушано је укрштање кукуруза са једном његовом дивљом врстом tripsacum, која има бесполно размножавање. Оглед на крају није успео, из разлога који су слабо схваћени, а читав пројекат напуштен је почетком протекле деценије. Други истраживачи до циља покушавају да стигну путем дешифровања механизама апомиксије. Али, ни њихови напори нису донели плода. Изгледало је да је по овом питању научна заједница запала у потпун ћорсокак. А онда се појавио трећи пут истраживања, који је улио нову наду – „управљена, диригована мутација”.

Промене на четири гена

Прошле године, амерички стручњак Симон Чен и индијски М. Рави (са универзитета Дејвис, крај Сакрамента у Калифорнији), убацили су једну генетску промену у геном лабораторијске биљке Arabidopsis thaliana – уротњак. Ова биљка често је предмет научних огледа јер има погодан геном. Чен и Рави су успели да добију биљну линију која носи хромозоме само једног родитеља. После оплодње њене јајне ћелије, хромозоми једног родитеља били су одбачени и добијена је хаплоидна биљка.

Иста биљка била је предмет огледа и са друге стране Атлантика. Откривши улогу сваког гена код уротњака, француски стручњаци на челу са Рафаелом Мерсијеом, могли су да закључе на које од њих би требало деловати да би се њено полно размножавање претворило у бесполно, апомиктично. Оглед је захтевао неколико ступњева, а биљци је прво требало наметнути да измени начин ћелијске деобе. Мењајући изражавање само три гена стручњаци су добили линију биљке која је са мејозе прешла на митозу. Ипак, она је и даље захтевала да је оплоди друга полна ћелија, а на тај начин не би могло да се добије клонирано семе. Његово стварање требало је изазвати без оплођавања. Само, како?

http://razbibriga.net/imported/clear.jpg

Главоломка је разрешена лукавством. Истраживачи су ову биљку укрстили са оном која је нешто раније добијена у Америци – биљком Чена и Равија, чији су хромозоми могли да нестану током укрштања. Крајњи резултат је био тај да су код трећине добијеног семена хромозоми једног родитеља били одбачени – што је значило да је добијено прво (вештачко) клонирано семе.

Ови огледи су показали да је (мутирањем само четири гена исте биљке) могуће извести вештачку апомиксију. Успех је за сада скроман, јер се ради о биљци која нема никакав значај за исхрану човека, а проценат добијеног клонираног семена од 30–40 одсто морао би да се подигне на преко 90 одсто. Ипак, поступак обећава, јер можда отвара пут ка житарицама и њиховим хибридима.