Programarea plantelor ne poate salva: cum se pot adapta acestea la schimbările climatice

Geneticienii de la Universitatea Stanford au descoperit o modalitate de a controla cu atenție structura rădăcinilor plantelor pe măsură ce cresc și se ramifică.

Prin manipularea adâncimii și formei unui sistem radicular în plină dezvoltare, cercetătorii speră că într-o zi vor putea reprograma culturile pentru a le face mai rezistente în fața schimbărilor climatice.

Un sistem radicular mai puțin adânc, de exemplu, ar putea ajuta culturile să absoarbă mai bine fosforul de lângă suprafață. În timp ce un sistem radicular mai adânc ar putea fi mai bun pentru colectarea apei și a azotului.

„Circuitele noastre genetice sintetice ne vor permite să construim sisteme de rădăcină foarte specifice sau structuri de frunze foarte specifice pentru a vedea ce este optim pentru condițiile de mediu provocatoare despre care știm că vor veni”, explică bioinginerul Jennifer Brophy de la Universitatea Stanford.

„Facem mult mai precisă ingineria instalațiilor”.

„Reprogramarea” plantelor

Tehnicile genetice folosite de Brophy și colegii ei pentru a obține o asemenea precizie ridicată ar putea reprograma plantele mult mai repede decât se pot adapta altfel și mai precis decât pot fi cultivate pentru trăsăturile dorite.

Folosind celulele unei plante de tutun, cercetătorii au creat un circuit genetic sintetic care controlează expresia genelor – și au arătat cum funcționează într-o altă plantă.

Vă puteți imagina circuitul genetic la fel ca un cod de computer cu porți logice. Doar valorile de intrare corecte pot intra pe poartă și pot produce o ieșire.

Aceste circuite biologice sunt, de asemenea, similare cu circuitele electrice cu comutatoare, precum cele care alimentează telefonul.

Într-o celulă, aceste porți, care duc în cele din urmă la expresia genetică, pot fi deschise doar de „promotori” transcripționali sintetici, care sunt specifici anumitor țesuturi vegetale. Aceasta înseamnă că cercetătorii pot controla care celule dintr-o plantă exprimă ce gene, schimbând modul în care planta crește.

Când au creat o serie de porți logice sintetice pentru o singură genă asociată cu dezvoltarea rădăcinii laterale, cercetătorii au reușit să manipuleze creșterea unei plante mici cu buruieni, cunoscută sub numele de Arabidopsis thaliana.

Schimbând expresia acelei gene, cercetătorii au modificat densitatea ramurilor din sistemul radicular al plantei fără a afecta alte proprietăți ale rădăcinilor.

Aceasta este o mare realizare, deoarece un alt studiu a arătat anterior cum micile modificări ale acelei gene de dezvoltare a rădăcinilor pot afecta tot felul de proprietăți ale rădăcinii, cum ar fi dezvoltarea rădăcinii sau creșterea rădăcinii primare.

„Pentru a dezlega ramificarea rădăcinii de alte procese de dezvoltare, am exprimat gena mutantă slr-1 folosind un promotor specific de țesut care se află doar în celulele stem rădăcinii laterale”, scriu cercetătorii.

Viitorul

În continuare, autorii plănuiesc să testeze circuitele lor genetice reprogramate pe sorg, o cultură unică care arată promițătoare ca biocombustibil. Echipa speră să îmbunătățească volum sorgului de a absorbi apa și de a efectua fotosinteza mai eficient.

Dacă această tehnică genetică se dovedește a fi eficientă, posibilitățile ei sunt nelimitate. Reprogramarea culturilor folosind circuite genetice sintetice va necesita totuși o reglare atentă.

„Avem soiuri moderne de culturi care și-au pierdut capacitatea de a răspunde acolo unde se află nutrienții din sol”, spune biologul de plante José Dinneny, tot din Stanford.

„Același tip de porți logice care controlează ramificarea rădăcinilor ar putea fi folosite pentru, de exemplu, a crea un circuit care ia în considerare atât concentrațiile de azot, cât și de fosfor din sol și apoi generează o ieșire optimă pentru acele condiții”.