Mokslas: purškiamomis biologiškai aktyviomis molekulėmis galima pagerinti pageidaujamas augalų savybes

LŽŪKT informacija

2022-04-20

Asociatyvi nuotrauka
Japonijos RIKEN Tvarių išteklių mokslo centro (CSRS) mokslininkai sukūrė būdą, kaip pagerinti pasėlių kokybę nekuriant specialių genetiškai modifikuotų augalų. Vietoj to, kad keistų augalų genomus, naujasis metodas remiasi purškiamuoju tirpalu, kuriuo bioaktyvios molekulės į augalų ląsteles patenka per jų lapus, rašoma portale sciencedaily.com.

Naujoji technologija galėtų būti naudojama siekiant padėti augalams tapti atsparesniems kenkėjams arba sausrai – per trumpesnį laiką ir mažesnėmis sąnaudomis nei kuriant genetiškai modifikuotų augalų linijas. Technologijos leidžia tiesiogiai keisti genomus ir kurti genetiškai modifikuotus organizmus (GMO), įskaitant genetiškai modifikuotą maistą. Tačiau transgeniniams augalams kurti reikia laiko, pinigų ir jie vis dar nesulaukė plataus visuomenės pritarimo.

RIKEN CSRS tyrėjai, vadovaujami Masaki Odaharos, sukūrė alternatyvą genetiškai modifikuotam maistui, galinčią įveikti šias problemas. Pavyzdžiui, užuot pakeitus augalo genomą taip, kad jis neišreikštų tam tikro geno, tą patį geną galima nuslopinti į augalą įterpiant tam tikrą biologiškai aktyvų junginį. Tokiu atveju šis junginys į augalo ląsteles patenka per nešiklį, galintį prasiskverbti pro augalo ląstelių sieneles.

Idėja paprasta, bet įgyvendinti – iššūkis

„Turėjome ne tik sukurti būdą, kaip į augalus įvesti biologiškai aktyvias molekules, – sako M. Odahara, – bet ir apsvarstyti panaudojimo metodą, kuris būtų praktiškas auginamiems augalams realiomis žemės ūkio sąlygomis.“
Komanda priėjo prie išvados, kad geriausias metodas būtų purškiamasis tirpalas, kurį būtų galima palyginti lengvai paskleisti dideliuose laukuose.

Į augalų ląsteles gali prasiskverbti daugelio tipų nanodalelės

Tyrėjai daugiausia dėmesio skyrė į ląsteles prasiskverbiantiems peptidams (CPP), nes jie taip pat gali būti nukreipti į konkrečias augalų ląstelių struktūras, pavyzdžiui, chloroplastus.

Pirmasis uždavinys buvo nustatyti, kurie peptidai geriausiai tinka naudojant purškiamąjį tirpalą. Jie pažymėjo natūralius ir sintetinius peptidus fluorescuojančia geltona spalva, išpurškė juos ant augalų lapų ir konfokaliniu lazeriniu skenuojančiu mikroskopu skirtingais laiko momentais išmatavo fluorescencijos kiekį lapuose. Atlikę šią tipišką laboratorinę procedūrą su baltažiedžiu vaireniu (Arabidopsis thaliana), taip pat kelių rūšių sojomis ir pomidorais, jie rado keletą natūralių peptidų, kurie galėjo prasiskverbti į išorinį lapų sluoksnį, o kai kuriais atvejais – dar giliau.

Tolesni eksperimentai parodė, kad šis metodas gerai veikia, kai prie peptidų yra pritvirtinta plazmidinė DNR, o analizė parodė, kad genai buvo veiksmingai išreikšti tiek vairenio, tiek sojų lapuose, pernešus juos į ląsteles vandeniniu tirpalu.

Tyrėjai taip pat nustatė, kad į purškiamąjį tirpalą įtraukę kitų biomolekulių ir nanostruktūrų, jie galėjo laikinai padidinti porų skaičių lapuose, dėl to padidėjo purškiamo tirpalo kiekis, kurį augalas įsisavino.
Dažnai pasėlių derlių galima pagerinti įterpiant arba išstumiant genus. Sukūrusi transgeninį augalą, kurio lapuose per daug geltonos spalvos fluorescencijos, komanda prie peptido pritvirtino RNR, trukdančią fluorescencinei baltymo raiškai. Kaip ir tikėtasi, lapus apipurškus šiuo kompleksu, geltonosios fluorescencijos raiška buvo nuslopinta.

„Šis rezultatas buvo labai svarbus, – sako M. Odahara, – nes svarbu, kad bet kokia alternatyva genetiniam modifikavimui galėtų pasiekti tą pačią funkcinę pasekmę.“ Galiausiai, mokslininkams pavyko panašiai nuslopinti chloroplastams būdingus genus, kai jie į specifinį CPP-RNR kompleksą įtraukė chloroplastams skirtą peptidą.

„Mitochondrijos ir chloroplastai reguliuoja didžiąją dalį augalų medžiagų apykaitos, – sako M. Odahara. – Taikant į šias struktūras purškiamas biologiškai aktyvias molekules, būtų galima veiksmingai pagerinti ekonomiškai pageidaujamas augalų kokybės savybes. Kitas mūsų žingsnis – pagerinti tiekimo sistemos efektyvumą. Tikimės, kad galiausiai šią sistemą bus galima naudoti saugiai apsaugojant pasėlius nuo kenkėjų ar kitų kenksmingų veiksnių.“

Tyrimas paskelbtas mokslo žurnale „ACS Nano“.

Vertė Saulius Zagorskis, LŽŪKT