Επιστήμονες ανασυνθέτουν γονιδιώματα 200 εκατομμυρίων ετών για καλλιέργειες ανθεκτικές στην κλιματική αλλαγή

Ερευνητές ανασύνθεσαν αρχέγονα φυτικά γονιδιώματα ηλικίας άνω των 200 εκατομμυρίων ετών και τα χρησιμοποίησαν για να εντοπίσουν περίπου 100 γονιδιακές παραλλαγές που βοήθησαν το σιτάρι και το κριθάρι να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες κλιματικές συνθήκες κατά τη διάρκεια 10.000 ετών ανθρώπινης καλλιέργειας. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτές οι παραλλαγές θα μπορούσαν να επιταχύνουν την ανάπτυξη καλλιεργειών που θα αντέχουν σε θερμότερες και ξηρότερες συνθήκες.

Η Παλαιογονιδιωματική συναντά τη σύγχρονη καλλιέργεια

Η μελέτη, υπό την καθοδήγηση ομάδων του INRAE, του Πανεπιστημίου Clermont Auvergne και του γαλλικού CNRS, δημοσιεύτηκε σε δύο άρθρα στα περιοδικά Molecular Plant και Nature Plants. Συγκρίνοντας υπολογιστικά 84 γονιδιώματα σύγχρονων ανθοφόρων φυτών, οι ερευνητές ανασύνθεσαν δέκα «ιδρυτικά» παλαιογονιδιώματα που αντιπροσωπεύουν τους κοινούς προγόνους των σημερινών ειδών καλλιεργειών. Στη συνέχεια, ανέλυσαν 1.420 σύγχρονες ποικιλίες σιταριού και κριθαριού, καθώς και αρχαία υπολείμματα σιταριού ηλικίας 5.000 ετών, για να εντοπίσουν γονιδιακές παραλλαγές που και τα δύο δημητριακά διατήρησαν ανεξάρτητα υπό παρόμοιες περιβαλλοντικές πιέσεις.bioengineer+3

Η λογική είναι απλή: το σιτάρι και το κριθάρι εξημερώθηκαν στην ίδια περιοχή, την Εύφορη Ημισέληνο, περίπου στο ίδιο χρονικό πλαίσιο και υπό τους ίδιους κλιματικούς περιορισμούς. Όταν δύο είδη που καλλιεργούνται ανεξάρτητα συγκλίνουν στις ίδιες γενετικές παραλλαγές, αυτές οι παραλλαγές αποτελούν ισχυρούς υποψηφίους για την προώθηση της πραγματικής προσαρμογής στην ξηρασία, τη ζέστη και τις ακανόνιστες βροχοπτώσεις.phys

Επικυρωμένοι στόχοι και ανοιχτά εργαλεία

Στο σιτάρι, η ομάδα επικύρωσε τρία γονίδια που είχαν χαρακτηριστεί προηγουμένως σε άλλα είδη. Δύο από αυτά επηρεάζουν την απόδοση και την ημερομηνία ανθοφορίας, χαρακτηριστικά που οι καλλιεργητές ήδη χειρίζονται, ενώ το τρίτο παίζει ρόλο στην επιγενετική ρύθμιση, δηλαδή στον τρόπο με τον οποίο τα γονίδια ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται. Η επιβεβαίωση ότι αυτά τα γονίδια λειτουργούν πέρα από τα όρια των ειδών είναι κεντρικής σημασίας για την υπόσχεση της μελέτης: αντί να μελετούν κάθε καλλιέργεια μεμονωμένα, οι καλλιεργητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον κατάλογο διατηρημένων γονιδίων ως μεταφραστική γέφυρα.newsminimalist+1

Για να καταστήσουν αυτά τα αποτελέσματα ευρέως προσβάσιμα, οι ερευνητές κυκλοφόρησαν δύο εργαλεία ανοιχτής πρόσβασης. Το AGR (Ancestral Genome Reconstruction) επιτρέπει στους χρήστες να ανασυνθέτουν εξαφανισμένα παλαιογονιδιώματα από συγκρίσεις σύγχρονων γονιδιωμάτων, ενώ το OrthoViewer παρέχει μια βάση δεδομένων διατηρημένων γονιδίων και για τα 84 είδη που μελετήθηκαν, ενσωματώνοντας 1.142 γονίδια με τεκμηριωμένες αγρονομικές λειτουργίες.phys+1

Από τα δημητριακά σε μια ευρύτερη εργαλειοθήκη

Η μέθοδος δεν περιορίζεται στο σιτάρι και το κριθάρι. Επειδή τα παλαιογονιδιώματα καλύπτουν δεκάδες βοτανικές οικογένειες, η ροή εργασίας μπορεί να επεκταθεί και σε άλλες βασικές καλλιέργειες. Οι ομάδες εφαρμόζουν ήδη τη μέθοδο στο ρύζι, το καλαμπόκι και το σόργο.phys+1

«Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι γενετικές παραλλαγές εξελίχθηκαν κατά τη διάρκεια της εξημέρωσης και της επιλογής φυτικών και ζωικών ειδών γεωργικού ενδιαφέροντος μας επιτρέπει να εντοπίσουμε εκείνες που έχουν επιλεγεί σε διάφορα είδη σε περιβάλλοντα με τους ίδιους κλιματικούς περιορισμούς», δήλωσε ο Jérôme Salse, διευθυντής ερευνών στο INRAE. Αυτές οι παραλλαγές, όπως είπε, είναι «σημαντικές για την επιλογή γονοτύπων προσαρμοσμένων στις τρέχουσες προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής και της αγροοικολογικής μετάβασης».phys