Új módszerek haploid kultúrnövények létrehozására

A jövőben ez megváltozhat, mert Gatersleben-ben a növénygenetikával és kultúrnövény kutatással foglalkozó Leibniz-Intézet (IPK) egyik kutatócsoportja Dr. Andreas Houben vezetésével kidolgozott egy módszert a haploid egyedek létrehozására, amely a fajok sokkal szélesebb skáláját érintheti. 

Ezt a növénynemesítés számára kimagasló eredményt 2015. augusztus 20-án publikálták a híres Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) szaklapban, az Egyesült Államokban.

A kultúrnövény nemesítésben a tiszta vonalak kialakítására törekszenek. Az utódgenerációknál csak akkor nem történik meg a tulajdonság további hasadása, ha a nemesítés szempontjából érdekes jellemző homozigóta, vagyis tiszta vonala van jelen. Ez az állapot akkor áll fenn, ha az allélok, vagyis az adott gén kifejeződési formái az anyától és az apától örökölt kromoszómán is egyformák. Ennek eléréséhez a nemesítő vonalaknál általában legalább 6 -8 öntermékenyített generáció szükséges. Ez nagyon hosszadalmas és költséges folyamat.

A haploid növények létrehozása ezt a folyamatot lényegesen felgyorsíthatja. Haploid növényeket csírasejtekből lehet létrehozni, melyek alapvetően csak egy egyszerű kromoszómakészletet tartalmaznak. Ehhez legtöbbször éretlen polleneket használnak, ritkábban petesejteket, melyek a kultúrának megfelelő közegben közvetlenül olyan növénnyé regenerálható, mely egy egyszerű kromoszómakészletet tartalmaz. 

Ha az ilyen növények kromoszómakészletét az őszi kikericsben található kolchicin segítségével ismét megkettőzzük, újra diploid, de teljesen tiszta vonalú növények keletkeznek, amelyeket kettős haploidnak is neveznek. A tiszta vonal következtében ezek a növények azonos utódokat eredményeznek. A nemesítőknek ez a módszer sok időmegtakarítást jelent, és hozzájárul a költségek csökkentéséhez, mivel a kívánt eredmény egy generáción belül elérhető. 

Ugyanakkor ez a hatékony módszer messze nem alkalmazható az összes kultúrnövény esetében. Ez azonban a jövőben megváltozhat, mert Gatersleben-ben a növénygenetikával és kultúrnövény kutatással foglalkozó Leibniz-Intézet (IPK) egyik kutatócsoportja olyan különböző fajokon, mint a modellnövényként használt Arabidopsis thaliana (lúdfű), valamint kultúrnövényeken, árpán és cukorrépán mutatta ki, hogy a centromer specifikus H3 hiszton változatban – CENH3 – bekövetkező pontmutációk használhatók haploidok létrehozására. 

A centromerben a kromoszómák két oldala, a testvérkromatidák össze vannak egymással kapcsolva. Itt található a magorsó is, amely a sejtosztódási folyamatban az örökítő anyag utódsejtekbe történő eloszlását biztosítja. A centromer régióban található CENH3 gén pontmutációja, amely elérhető mutagenezissel vagy a génszerkesztés (Genome Editing) módszerével, megnehezíti a magorsó kötődését. Ha mutáns és nem mutáns növényeket keresztezünk, akkor a mutáns növény kromoszómái a keletkező embrióban elvesznek, mivel a magorsó a nem mutáns kromoszómákat könnyebben megköti. Ennek eredményeként egy haploid utódnövény keletkezik, melynek kromoszómaszáma az ismert kolchicin kezeléssel ismét megduplázható. 

Az IPK kromoszómastruktúra és funkció munkacsoport vezetője és a kutatási projekt vezetője Dr. Andreas Houben azokra az esélyekre is rámutat, amelyek ezen eredmények alapján a növénynemesítés számára lehetővé válnak: „Ha számításba vesszük a mutációs helyek konzerválásának nagy számát, világossá válik, milyen lehetőségek nyílnak a kettős haploidok létrehozására a kultúrnövények sokkal szélesebb skáláján, mint eddig.”

Ezeket a korszakalkotó eredményeket 2015. 08. 17-én hozták nyilvánosságra a híres PNAS szaklapban: Raheleh Karimi-Ashtiyani, Takayoshi Ishii, Markus Niessen, Nils Stein, Stefan Heckmann, Maia Gurushidze, Ali Mohammad Banaei-Moghaddam, Jörg Fuchs, Veit Schubert, Kerstin Koch, Oda Weiss, Dmitri Demidov, Klaus Schmidt, Jochen Kumlehn, and Andreas Hoube: Point mutation impairs centromeric CENH3 loading and induces haploid plants.PNAS 2015; published ahead of print August 20, 2015, doi:10.1073/pnas.1504333112. (ipk)

proplanta.de