Kukurydza zajmuje trzecie miejsce w światowej strukturze zasiewów, a areał jej upraw ciągle wzrasta, zarówno w Polsce, jak i na świecie. Kukurydzę wykorzystuje się w przemyśle spożywczym, zwiększa się także zainteresowanie kukurydzą jako rośliną przemysłową, którą stosuje się w procesie fermentacji alkoholowej do pozyskania etanolu (spożywczego i paliwowego), otrzymuje się z niej wysokiej jakości skrobię, wykorzystuje się ją do celów energetycznych poprzez spalanie (słoma, rdzenie kolbowe) lub produkcję biogazu (biomasa). Słoma kukurydziana jest także surowcem do produkcji papieru i materiałów izolacyjnych.

Dominującym celem uprawy pozostaje jednak przemysł paszowy, gdzie kukurydza jest wykorzystywana jako materiał na kiszonki z całych roślin lub pasze z ziarna i kolb. Ze względu na swoje znaczenie oraz liczne zastosowania była także wykorzystywana jako organizm modelowy do poznania wielu procesów komórkowych.

– Kukurydza jest rośliną bardzo zmienną, mutacje, najczęściej w formie zmian pojedynczych nukleotydów, występują w genomie bardzo często, częściej niż w przypadku innych roślin. W Polsce w Instytucie Ochrony Roślin – Państwowym Instytucie Badawczym przeanalizowano 25 linii kukurydzy pod kątem odporności na herbicydy i stwierdzono występowanie znaczących różnic między liniami. My postanowiliśmy zbadać co warunkuje taką naturalną odporność/wrażliwość na szeroko stosowany herbicyd Roundup, na różnych poziomach ekspresji materiału genetycznego – mówi dr Agata Tyczewska.

Nowoczesne rolnictwo w konsekwencji wykonywania rutynowych zabiegów agrotechnicznych, takich jak nawożenie, opryski insektycydami czy herbicydami, wprowadza do uprawy roślin wiele egzogennych substancji, które lokalnie mogą osiągać wysokie stężenia i które są dla wzrastających roślin abiotycznymi czynnikami stresogennymi. Ze względu na osiadły tryb życia, rośliny wykształciły w toku ewolucji rozmaite specyficzne mechanizmy umożliwiające im dostosowanie się i przetrwanie niesprzyjających warunków środowiska, które są określane mianem warunków stresowych.

dr Agata Tyczewska Instytut Chemii Bioorganicznej PAN

Co jest sukcesem i jaka jest droga docelowa?

– Cały projekt jest bardzo duży, obejmuje badania, które zostały opisane i są prowadzone w ramach trzech wniosków grantowych, w jednym z nich pełniłam rolę kierownika. W tym projekcie sukcesem czysto naukowym było określenie poziomu metylacji DNA w obu badanych liniach kukurydzy, oraz ich zmian pod wpływem stresu herbicydowego. Próbki analizowaliśmy sześć godzin i tydzień po oprysku. Okazało się, że po siedmiu dniach, w linii bardziej wrażliwej poziom metylacji DNA znacząco wzrósł. Bardzo ważne było także zidentyfikowanie sekwencji o zmienionym poziomie metylacji DNA, co można wykorzystać w dalszych badaniach i w konsekwencji w praktyce rolniczej, podkreśla naukowiec.

Warunki stresowe indukują w komórkach roślinnych szereg zmian biochemicznych, takich jak zmiany pH cytoplazmy, przepływu jonów czy potencjału elektrycznego, które skutkują utratą homeostazy komórkowej, co może być letalne. Dodatkowo wprowadzenie do środowiska uprawy egzogennego środka, jakim są herbicydy (aby zmniejszyć konkurencję o czynniki takie jak ilość światła, wody i składników mineralnych), jest silnym czynnikiem stresowym dla rozwijającej się rośliny, który w skrajnych przypadkach może prowadzić do obniżenia plonu o 20%.

Przy okazji tego projektu trudno pominąć różnorodność zdań w temacie GMO.

– Ja jestem za GMO. Wiem, że najbliższe kilkadziesiąt lat będzie trudne dla świata i to nie tylko ze względu na zmieniający się klimat. Susze, zasolenie, stres zimna, czy ciepła coraz częściej wpływają negatywnie na plonowanie roślin uprawnych. Musimy pamiętać, że konieczne jest zapewnienie wyżywienia dla ludzi, nie tylko tych, którzy żyją obecnie, ale także spoglądając przez pryzmat przewidywanego (do ok. 10 mld) wzrostu liczby ludności na świecie w ciągu najbliższych 20-30 lat. Zdaję sobie sprawę, że GMO w dużym stopniu może się do tego przyczynić.

Podsumowując, udało się potwierdzić, że stres herbicydowy powoduje zmiany na każdym poziomie ekspresji materiału genetycznego począwszy od zmian poziomu i wzoru metylacji DNA, poziomów krótkich regulatorowych cząsteczek RNA, transkryptów, a także białek. Wykazano również, że zmiany te różnią się w badanych odmianach. Jednym z ciekawszych przykładów jest krótki regulatorowy RNA – zma-miR-827, który reguluje poziom transporterów fosforu w błonach komórkowych, a co za tym idzie homeostazę. W linii wrażliwej, po oprysku herbicydem dochodzi do zwiększenia poziomu zma-miR-827, w efekcie także do zwiększenia poziomu transporterów fosforu w błonach, co prowadzi do zwiększonego pobierania glifosatu (czynnika aktywnego herbicydu RoundUp). Glifosat wiąże się do syntazy EPSP i hamuje jej aktywność, zaburza tym samym cykl kwasu szikimowego, w którym dochodzi do syntezy aminokwasów aromatycznych. Rośliny pozbawione aminokwasów aromatycznych umierają.

– Przeprowadzone badania wykazały, że poza hamowaniem działania syntazy EPSP, oprysk herbicydem wpływa u roślin na wiele różnych szlaków metabolicznych, genów i ich produktów białkowych. Przeprowadzone analizy i eksperymenty umożliwiły zidentyfikowanie wielu cząsteczek, które biorą udział w walce ze stresem herbicydowym i jednoznacznie wskazały jak szerokie spektrum zmian w roślinach uprawnych powoduje oprysk herbicydem – kończy dr Agata Tyczewska.

Sebastian Wach

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Wpisz komentarz!
Wprowadź swoje imię

*