Naukowcy UŚ: droga do nowoczesnej uprawy roślin zaczyna się w laboratorium

Droga do nowoczesnej uprawy roślin zaczyna się w laboratorium -  przekonują naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, którzy w  badaniach cytogenetycznych zajęli się spokrewnioną z pszenicą i żytem  kłosownicą Brachypodium distachyon. 11 lutego w prestiżowym naukowym  piśmie ,,Nature" ukazał się artykuł dotyczący badań nad Brachypodium  distachyon. Publikacja ma kilkudziesięciu autorów wywodzących się z 45  jednostek naukowych. UŚ, jedyny polski ośrodek w międzynarodowym
konsorcjum, reprezentowali przedstawiciele Wydziału Biologii i Ochrony  Środowiska: dr hab. Robert Hasterok oraz doktorantka mgr Dominika  Idziak.
Ta coraz popularniejsza w świecie nauki roślina modelowa pozwala na  łatwiejsze i dokładniejsze badania uprawianych przez człowieka zbóż.  
Organizm modelowy charakteryzuje się zestawem cech, które czynią go  bardziej użytecznym dla badań naukowych niż inne organizmy z tej samej grupy.
Prof. UŚ dr hab. Robert Hasterok jest pracownikiem Katedry Anatomii i  Cytologii Roślin na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŚ. Jej  pracownicy zajmują się cytogenetyką roślin, czyli nauką pozwalającą na  analizę genomów na poziomie mikroskopowym. Obszar ich zainteresowań to pogranicze cytologii, genetyki i biologii molekularnej. Duże znaczenie  dla właściwej analizy i prezentacji wyników ma tutaj także nowoczesna,  cyfrowa obróbka obrazu mikroskopowego.
Część pracowników katedry zajmuje się analizą struktury roślinnego  genomu jądrowego, szczególną uwagę poświęcając trawom. Właśnie analizą  struktury genomu jądrowego traw, zwłaszcza Brachypodium distachyon,  jest szczególnie zainteresowany zespół prof. Hasteroka.Od lat poszukiwano rośliny modelowej, która pozwoliłaby na łatwiejsze  i dokładniejsze badania najważniejszej grupy roślin uprawnych -  pszenicy, jęczmienia, żyta czy owsa. Pierwszą trawą modelową byłryż,  wykorzystywany w badaniach genomicznych ze względu na niewielką  zawartość jądrowego DNA. Ryż jest jednak dość odległy filogenetycznie  od uprawianych w Polsce zbóż i innych traw użytkowych. Trzeba było  zatem znaleźć taką roślinę, która byłaby bliżej spokrewnionaz naszymi  trawami uprawnymi - wyjaśniają biolodzy.
Naukowcy potrzebowali rośliny, która - oprócz małego genomu jądrowego  o niskiej zawartości powtarzalnego DNA i niewielkiej liczbie  chromosomów - pochodziłaby ze strefy klimatu umiarkowanego, byłaby  niewielka, miała krótki cykl życiowy i cechowała ją samopylność oraz  nieskomplikowane wymagania odżywcze.
Jak wyjaśniają naukowcy, niektórych istotnych badań genomicznych nie przeprowadza się bezpośrednio na pszenicy czy życie, ponieważ tego  rodzaju rośliny mają bardzo dużo DNA w swoich jądrach komórkowych ze  znaczącym lub wręcz przeważającym udziałem DNA niekodującego, zaś  frakcja informacyjna DNA stanowi relatywnie niewielką część genomu.Aby znaleźć sekwencje kodujące w tak dużych genomach, należy zazwyczaj  wykonać ogromną i bardzo kosztowną pracę. Brachypodium distachyon tym  się różni od innych traw, że posiada bardzo mały genom jądrowy, o  niewielkiej zawartości sekwencji powtarzalnych i składzie genów  zbliżonym do tych, które mają ważne dla nas gatunki zbóż i trawyo  charakterze użytkowym. Gatunek ten stał się więc niezwykle użyteczną  "trawą modelową".
Szerzej zakrojone badania nad Brachypodium distachyon zaczęto  prowadzić ok. 10 lat temu na Uniwersytecie Aberystwyth w Wielkiej  Brytanii. Szefem jednej z tamtejszych grup badawczych jest profesor  John Draper, który jako pierwszy zaproponował tę roślinę jako modelową.
Jak wspomina prof. Hasterok, początkowo wielu badaczy nie widziało  większego sensu we wprowadzaniu kolejnego modelu, ale z czasem coraz  więcej osób przekonywało się do tego pomysłu. Podczas kilkunastu
miesięcy pracy w Aberystwyth Hasterok zajmował się m.in. pierwszymi  badaniami genomu Brachypodium, a następnie "zaraził" tą rośliną  kolegów w Katowicach.
Kilka tysięcy naukowców z zakresu genetyki i biologii molekularnej  spotyka się co roku na konferencjach "Plant and Animal Genome" w San  Diego. Właśnie tam w 2006 roku temat Brachypodium po raz pierwszy  zaistniał na szerokiej arenie międzynarodowej. Wtedy też postanowiono, że genom jądrowy tej rośliny poddany będzie sekwencjonowaniu, czyli  zostanie poznany "litera po lterze", co ostatecznie nastąpiło w 2009  roku.
Wiele wiodących laboratoriów z USA czy Wielkiej Brytanii niemal z dnia  na dzień zajęło się badaniem tej rośliny. Obecnie temat Brachypodium  staje się bardzo popularny, poświęcane są tej roślinie odrębne sesje  tematyczne na międzynarodowych konferencjach, gdzie wygłaszane są  specjalistyczne wykłady. Szybko rośnie też liczba publikacji  naukowych, poświęconych nowemu organizmowi modelowemu.
Dziś grupa prof. Hasteroka stale współpracuje z ośrodkami badawczymiw  Wielkej Brytanii i w USA, zaś w projekcie sekwencjonowania genomu  jądrowego uczestniczyło aż kilkanaście ośrodków naukowych z Europy i  Stanów Zjednoczonych. Zespół Hasteroka od kilku lat prowadzi badania  dzięki stałemu wsparciu finansowemu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa  Wyższego. Są to badania bardzo kosztowne, wymagające specjalistycznej  aparatury i odczynników. W najbliższym czasie okaże się, czy w  finansowaniu badań pomoże naukowcom także Unia Europejska w ramach  tzw. 7. Programu Ramowego.
Prof. Hasterok zdaje sobie sprawę, że większość projektów kierowanych  do tego programu nie może być sztuką dla sztuki. "Unię interesuje to,  co konkretnie z tego typu badań może mieć Wspólnota uropejska, co z tego będzie miał przeciętny Europejczyk. Naszym celem jest przekonać Unię, że podobnie jak miało to niedawno miejsce w USA, także w Europie  z wielu względów warto postawić na badania na Brachypodium distachyon" - podsumowuje profesor.