Polska, mimo że jest największym producentem żyta w Unii Europejskiej pod względem powierzchni upraw, nadal zmaga się z relatywnie niskimi plonami. Wydajność zbiorów jest ponad dwukrotnie niższa niż w wielu krajach Wspólnoty. Odpowiedzi na przyczyny tego zjawiska oraz możliwości jego odwrócenia poszukiwał zespół naukowców z Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowego Instytutu Badawczego w Radzikowie, kierowany przez dr Jolantę Groszyk.
Zakończony niedawno projekt badawczy „Identyfikacja cech o podłożu molekularnym warunkujących plon żyta prowadząca do opracowania efektywnych markerów molekularnych” (LIDER/32/0170/L-12/20/NCBR/2021), realizowany w ramach programu NCBR – LIDER XII, przyniósł istotne postępy w zrozumieniu genetycznych podstaw produktywności tej ważnej rośliny zbożowej.
W ramach przedsięwzięcia zidentyfikowano nowe geny odpowiedzialne za regulację wielkości ziarna żyta, potwierdzono także udział niektórych z już wcześniej poznanych genów u innych gatunków roślin zbożowych. Jednym z kluczowych osiągnięć było opracowanie markerów molekularnych – narzędzi umożliwiających szybką i precyzyjną ocenę potencjału plonotwórczego w procesach hodowlanych.
W projekcie wykorzystano szeroką pulę materiału roślinnego. Były to zarówno formy żyta z polskiego banku genów, Krajowego Centrum Roślinnych Zasobów Genowych, jak i linie hodowlane udostępnione przez krajowe spółki hodowli roślin. Część z wykorzystanych genotypów z banku genów pochodziła z krajowych i zagranicznych ekspedycji – zakładano bowiem, że w tych zasobach mogą znajdować się unikalne cechy, których potencjał nie został jeszcze wykorzystany w polskich i światowych programach hodowlanych.
– Poszukiwaliśmy różnic na poziomie molekularnym, które mogą mieć znaczenie dla ostatecznej wielkości plonu – tłumaczy dr Jolanta Groszyk. – W tym celu wykorzystaliśmy metody sekwencjonowania DNA, pozwalające nie tylko na identyfikacji konkretnych genów, ale również na ocenie ich aktywności w kluczowych momentach rozwoju ziarna.
Nowoczesne metody analizy transkryptomicznej, pozwalające na obserwację poziomu ekspresji genów w różnych fazach dojrzewania ziarna, ujawniły złożony mechanizm regulacyjny kontrolujący rozwój organów generatywnych żyta. Badania wykazały, że w proces ten zaangażowanych jest wiele wcześniej nieopisywanych genów.
Wiedza zdobyta podczas analiz genetycznych posłużyła do zaprojektowania markerów molekularnych – swoistych „genetycznych wskaźników” przydatnych w nowoczesnych programach hodowli roślin.
Markery te pozwolą hodowcom na szybkie i precyzyjne typowanie roślin o pożądanych cechach, jeszcze zanim ujawnią się one w warunkach polowych. To nie tylko przyspiesza selekcję, ale również pozwala ograniczyć koszty i zwiększyć skuteczność procesu hodowlanego.
– Dzięki opracowanym markerom możliwe będzie znaczące skrócenie czasu potrzebnego na uzyskanie nowych odmian – mówi dr Groszyk. – To kluczowe zwłaszcza w kontekście zmieniających się warunków klimatycznych i potrzeby szybkiego dostosowywania odmian do aktualnych wyzwań środowiskowych.
Zespół opracował łącznie kilkadziesiąt markerów, spośród których dwanaście zostało zgłoszonych do ochrony patentowej. Są one związane z genami determinującymi m.in. tempo dojrzewania ziarna, jego wielkość oraz metabolizm związany z efektywnym wykorzystaniem zasobów rośliny.
Efekty projektu mają wyraźnie praktyczny wymiar. Hodowcy zyskają dostęp do narzędzi, które w istotny sposób mogą przyczynić się do poprawy produktywności krajowych odmian żyta. Oznacza to nie tylko szansę na zwiększenie opłacalności upraw, ale także na wzmocnienie pozycji Polski jako producenta wysokiej jakości materiału siewnego.
Z punktu widzenia gospodarki rolnej, szczególnie w regionach o mniej korzystnych warunkach glebowych, żyto pozostaje jedną z najważniejszych upraw zbożowych. Jego odporność na trudne warunki i mniejsze wymagania stanowiskowe czynią go niezbędnym elementem struktur zasiewów w wielu gospodarstwach.
– Jeśli chcemy zwiększyć konkurencyjność polskiego rolnictwa, musimy inwestować w nowoczesne technologie hodowlane – podkreśla dr Groszyk. – Projekt R-Grain pokazał, że wykorzystanie zaawansowanej wiedzy biologicznej przekłada się bezpośrednio na narzędzia, które mogą być wdrażane w praktyce.
Choć projekt formalnie dobiegł końca, jego rezultaty stanowią solidną podstawę do dalszych działań badawczo-wdrożeniowych. Uzyskana baza danych genów i markerów może być rozwijana w kolejnych projektach krajowych i międzynarodowych.
Projekt R-Grain zakończył się sukcesem – nie tylko poszerzył wiedzę naukową na temat genetycznych podstaw rozwoju ziarna żyta, ale także dostarczył konkretnych, praktycznych rozwiązań dla hodowli roślin. Opracowane markery molekularne mogą stać się ważnym elementem strategii zwiększania plonów i efektywności produkcji rolnej w Polsce.
Dzięki połączeniu nowoczesnych narzędzi biologii molekularnej z realnymi potrzebami gospodarki rolnej, możliwe jest tworzenie odmian lepiej przystosowanych do lokalnych warunków i oczekiwań rynku. Projekt R-Grain to dowód na to, że nauka może i powinna działać w służbie praktyki.
Postęp projektu R-Grain oraz jego kulisy można było na bieżąco śledzić na stronie projektu na Facebooku, prowadzonej przez dr Jolantę Groszyk. Fanpage ten stanowił nie tylko platformę informacyjną, ale również forum popularyzacji nauki i budowania świadomości społecznej wokół roli nowoczesnej genetyki w rolnictwie.
