Predstavljajmo si žito, ki vsako leto samo požene, ne da bi bilo treba obdelovati zemljo in ga po vsaki žetvi znova sejati. Kmetje bi prihranili delovno silo, erozija tal pa bi se upočasnila. Vendar se je razvoj trajnih žitnih sort – zaradi katerih bi polja bolj spominjala na sadovnjake – doslej izkazal za zelo mukotrpnega. Leta 2018 so kitajski raziskovalci kot prvi predstavili sorto riža, ki rodi več let zapored, a je njen nastanek zahteval desetletja klasičnega žlahtnjenja.
Geni, izposojeni pri divjih vrstah, bi ta postopek lahko pospešili, tako da bi lahko v trajnice spremenili sorte riža, ki so že prilagojene različnim regijam in pogojem pridelave. V novi številki revije Science raziskovalna skupina poroča o odkritju dveh genov, ki divji vrsti riža Oryza rufipogon omogočata, da iz leta v leto cveti. Ta gena so vgradili v genom gojene vrste O. sativa riža, kar je rastlini dalo ključno lastnost trajnic: sposobnost, da ustavi cvetenje in nadaljuje vegetativno rast, namesto da po cvetenju odmre, kot običajno storijo enoletnice.
»To je zares velik korak naprej. Odkrili so zelo pomemben košček sestavljanke,« pravi Allison Miller, botaničarka z Univerze v Saint Louisu in Centra za rastlinske znanosti Donald Danforth, ki pri delu ni sodelovala. Večina dela pa je še pred nami, saj novi poganjki zaenkrat ne morejo tvoriti zrnja, dodaja strokovnjakinja.
Enoletnice nad zemljo hitro rastejo in dajo večji pridelek kot divje trajnice, ki pogosto vložijo precej virov v razvoj globljega koreninskega sistema. Pri udomačevanju so naši predniki deloma zaradi večjega pridelka izbirali rastline z enoletnimi lastnostmi. Torej obstaja tehten razlog, zakaj so gojene žitarice enoletnice, vendar imajo tudi trajnice privlačne lastnosti, ki bi jih bilo dobro vključiti v to vejo kmetijstva.
V novi raziskavi sta se rastlinski genetik Bin Han in razvojni biolog Jia-Wei Wang, sodelavca Centra odličnosti za molekularne rastlinske znanosti Kitajske akademije znanosti, povezala, da bi odkrila gene, ki uravnavajo trajnost riža. Najprej sta pogosto preučevan sev vrste O. rufipogon križala z gojenim rižem, da bi dobila številne potomce, od katerih je imel vsak različne majhne odseke DNK iz divje vrste. Med razvitimi rastlinami sta izbrala eno, imenovali sta jo G43, ki je imela bistveno sposobnost, da ustavi cvetenje in nadaljuje vegetativno rast.
Vsaka riževa rastlina, tudi gojene enoletne sorte, ima kratko »drugo življenje«. Ko je zrnje enoletnega riža požeto, rastline poženejo nekaj razvejanih stebel, imenovanih izrastki (ratoon), na katerih prav tako zraste zrnje, čeprav v zelo majhnih količinah. Riž G43, ki sta ga vzgojila Han in Wang, pa je bil izjemno plodovit: razvil je približno 70 takšnih sekundarnih poganjkov, medtem ko jih ima rastlina enoletnega riža približno ducat.
Raziskovalci so gene, odgovorne za pozno rast, preslikali na območje prvega kromosoma, ki so ga poimenovali EBT1. Z globljimi analizami so odkrili dva konkretna odgovorna gena: MIR156B in MIR156C. Oba tvorita mikroRNK, ki se vežejo na specifične informacijske RNK in zavirajo aktivnost genov v družini genov, ki uravnava časovni potek razvoja mladih rastlin do zrelosti.
Podobni geni MIR156 obstajajo pri številnih vrstah trav, vključno s pšenico, njihov izraz pa se običajno zmanjša, ko rastlina odcveti, s čimer se rast konča. Pri G43 pa so se ti geni obnašali drugače. Njihov izraz se je po cvetenju prav tako zmanjšal, nato pa spet začel naraščati, kar je poganjkom omogočilo nadaljnjo vegetativno rast. »Ne bi nas presenetilo, če bi podoben mehanizem našli tudi pri drugih trajnih žitaricah,« pravi Han. Na primer mutanta koruze, odkrit v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, raste grmičasto in neprekinjeno, tako kot divji riž. Ta mutant, znan kot Corngrass1, ima gene MIR156, katerih obnašanje je lahko podobno kot pri trajnem rižu.
G43 še vedno raste kot enoletnica, navzgor, namesto da bi se plazil po tleh, kar bi sekundarnim poganjkom vrste O. rufipogon omogočilo, da se zakoreninijo in postanejo nove rastline. Da bi spremenili zgradbo rastlin, je ekipa k G43 dodala dva gena, PROG1 in TIG1, iz vrste O. rufipogon. Tako dobljene rastline so podobno kot njihov divji sorodnik kazale plazečo rast in preživele dveletni poskus na prostem, kar je spodbudno znamenje glede njihove življenjske dobe.
A pred G43 je še velika ovira. Sekundarni poganjki so se razvili v močne nove rastline, vendar so te rastline imele sterilne cvetove, ki niso obrodili semen. Enaka težava se je pojavila, ko je ekipa celotno območje EBT1 vrste O. rufipogon prenesla v enoletno sorto. Moto Ashikari, profesor rastlinske genetike z Univerze v Nagoji, rezultate kljub temu šteje za presenetljive: »To je prepričljiv dokaz, da je enoletnice z genetskimi metodami mogoče spremeniti v trajnice.«
Ekipa priznava, da so za uspeh očitno potrebni dodatni geni. Zdaj iščejo gene, ki bi lahko obnovili plodnost sekundarnih poganjkov, ter preučujejo tiste, ki se izražajo v podzemnih tkivih, podobnih koreninam in koreninskim poganjkom (rizomom), da bi ugotovili, ali podpirajo trajno rast in druge lastnosti, ki so zaželene pri gojenih rastlinah. Če lahko biotehnologija pomaga zapolniti te manjkajoče podrobnosti, bo morda končno rešen problem, kako razviti komercialno uporaben trajni riž.
