, 2021/11/20
Az RNS manipulálása lehetővé teheti, hogy a növények drámaian több termést hozzanak, valamint növeljék a szárazságtűrést - derül ki a Nature Biotechnology című szaklapban közzétett kutatásból.
A Chicagói Egyetem, a Pekingi Egyetem és a Guizhou Egyetem tudóscsoportja elmondta, hogy az első szántóföldi tesztek során az FTO nevű fehérjét kódoló gén hozzáadása a rizs- és burgonyanövényekhez egyaránt 50 százalékkal növelte a terméshozamot. A növények jelentősen nagyobbra nőttek, hosszabb gyökérzetet képeztek, és jobban tűrték a szárazság okozta stresszt. Az elemzések azt is kimutatták, hogy a növények fotoszintézisének mértéke megnőtt.
"A változás valóban drámai" - mondta Chuan He, a Chicagói Egyetem professzora, aki a Pekingi Egyetem Guifang Jia-val együtt vezette a kutatást. "Ráadásul szinte minden növénytípusnál működött, amellyel eddig kipróbáltuk, ráadásul a módosítás nagyon egyszerűen elvégezhető." A kutatók bizakodóak az áttörés lehetőségeit illetően, különösen a klímaváltozás és a növényi rendszerekre világszerte nehezedő egyéb nyomás miatt.
"Ez valóban lehetőséget ad arra, hogy a növényeket úgy alakítsuk át, hogy a globális felmelegedés előrehaladtával potenciálisan javítsuk az ökoszisztémát" - mondta He, aki a kémia, biokémia és molekuláris biológia John T. Wilson Distinguished Service professzora. "Sok-sok dologban támaszkodunk a növényekre - a fától, az élelmiszertől és a gyógyszertől kezdve a virágokig és az olajig -, és ez potenciálisan lehetőséget kínál arra, hogy növeljük a legtöbb növényből kinyerhető alapanyagot."
Rice lökdösődött
A tudósok évtizedek óta dolgoznak azon, hogy az egyre bizonytalanabbá váló éghajlattal és a növekvő világnépességgel szemben növeljék a növénytermesztést. Az ilyen folyamatok azonban általában bonyolultak, és gyakran csak fokozatos változásokat eredményeznek. Ez a felfedezés egészen másképp történt. Sokan emlékszünk az RNS-re a középiskolai biológiából, ahol azt tanultuk, hogy az RNS-molekula leolvassa a DNS-t, majd fehérjéket hoz létre a feladatok elvégzéséhez.
De 2011-ben He laboratóriuma egy teljesen új kutatási területet nyitott meg azzal, hogy felfedezte a kulcsot ahhoz, hogy a gének más módon fejeződnek ki az emlősökben. Kiderült, hogy az RNS nem egyszerűen csak beolvassa a DNS-terveket és vakon végrehajtja azokat; maga a sejt is képes szabályozni, hogy a tervezet mely részei fejeződjenek ki. Ezt úgy teszi, hogy kémiai jelölőket helyez az RNS-re, hogy szabályozza, mely és hány fehérje készüljön.
Ő és kollégái azonnal rájöttek, hogy ennek komoly következményei vannak a biológiára nézve. Azóta a csapata és mások szerte a világon megpróbálják elmélyíteni a folyamat megértését, és azt, hogy mit befolyásol az állatokban, növényekben és különböző emberi betegségekben; ő például társalapítója egy biotechnológiai vállalatnak, amely jelenleg új rákellenes gyógyszereket fejleszt az RNS-módosító fehérjék célzott befolyásolásán alapuló gyógyszerek kifejlesztésére.
Ő és Guifang Jia, a UChicago korábbi posztdoktori kutatója, aki jelenleg a Pekingi Egyetem docense, elkezdtek azon gondolkodni, hogy hogyan befolyásolja a növényi biológiát. Egy FTO nevű fehérjére összpontosítottak, az első ismert fehérjére, amely eltünteti az RNS-en lévő kémiai jeleket, és amelyet Jia még posztdoktori kutatóként talált meg He UChicago-i csoportjában.
A tudósok tudták, hogy az RNS-en működik, hogy befolyásolja a sejtek növekedését az emberekben és más állatokban, ezért megpróbálták a génjét rizspalántákba beilleszteni - majd csodálkozva figyelték, ahogy a növények szárba szökkennek. "Azt hiszem, ekkor jöttünk rá mindannyian, hogy valami különlegeset csinálunk" - mondta.
A rizspalánták laboratóriumi körülmények között háromszor több rizst termesztettek.
Amikor kipróbálták valódi szántóföldi teszteken, a növények 50%-kal nagyobb tömeget növesztettek, és 50%-kal több rizst termeltek. Hosszabb gyökereket növesztettek, hatékonyabban fotoszintetizáltak, és jobban ellenálltak a szárazság okozta stressznek. A tudósok megismételték a kísérleteket burgonyanövényekkel, amelyek egy teljesen más családba tartoznak. Az eredmények ugyanazok voltak. "Ez olyan mértékű egyetemességre utalt, ami rendkívül izgalmas volt" - mondta He.
A tudósoknak hosszabb időbe telt, mire kezdték megérteni, hogyan történik ez. További kísérletek kimutatták, hogy az FTO már a növény fejlődésének korai szakaszában elkezdett működni, és növelte az általa termelt biomassza teljes mennyiségét. A tudósok úgy vélik, hogy az FTO egy m6A néven ismert folyamatot irányít, amely az RNS kulcsfontosságú módosítása.
Ebben a forgatókönyvben az FTO úgy működik, hogy az m6A RNS-t törli, hogy tompítsa a növényeknek a lassítást és a növekedés csökkentését jelző jelek egy részét. Képzeljünk el egy utat sok lámpával; ha a tudósok eltakarják a piros lámpákat, és meghagyják a zöldet, egyre több autó tud közlekedni az úton. Összességében a módosított növények lényegesen több RNS-t termeltek, mint a kontrollnövények.