Πώς η μοριακή βιολογία θα μπορούσε να μειώσει την παγκόσμια επισιτιστική ανασφάλεια | Ειδήσεις MIT

Βασικές καλλιέργειες όπως το ρύζι, ο καλαμπόκι και το σιτάρι τρέφονται με πάνω από το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού, αλλά είναι όλο και πιο ευάλωτες σε σοβαρούς περιβαλλοντικούς κινδύνους. Οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, συμπεριλαμβανομένων των μεταβαλλόμενων θερμοκρασιών, της μεταβλητότητας των βροχοπτώσεων, των μεταβαλλόμενων προτύπων γεωργικών παρασίτων και ασθενειών και αλμυρού νερού Η εισβολή από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας, όλα συμβάλλουν στη μείωση των αποδόσεων των καλλιεργειών.Καθώς αυτές οι επιπτώσεις συνεχίζουν να επιδεινώνονται, θα υπάρχουν λιγότερα τρόφιμα διαθέσιμα για έναν ταχέως αναπτυσσόμενο πληθυσμό.

Η Mary Gehring, αναπληρώτρια καθηγήτρια βιολογίας και μέλος του Ινστιτούτου Whitehead για Βιοϊατρική Έρευνα, ανησυχεί όλο και περισσότερο για τις δυνητικά καταστροφικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και έχει αποφασίσει να κάνει κάτι γι ‘αυτό.

Η κύρια ερευνητική εστίαση του εργαστηρίου Gehring είναι η επιγενετική των φυτών, η οποία αναφέρεται στις κληρονομικές πληροφορίες που επηρεάζουν την κυτταρική λειτουργία των φυτών αλλά δεν είναι κωδικοποιημένες στην ίδια την αλληλουχία DNA. Αυτή η έρευνα προσθέτει στη θεμελιώδη κατανόησή μας για τη βιολογία των φυτών και θα μπορούσε να έχει γεωργικές εφαρμογές στο μέλλον «Δουλεύω με σπόρους για πολλά χρόνια», λέει η Γκέρινγκ. «Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των σπόρων θα είναι κρίσιμης σημασίας για τη γεωργία και την επισιτιστική ασφάλεια», εξηγεί.

Θέτοντας τα θεμέλια

Η Gehring χρησιμοποιεί την τεχνογνωσία της για να βοηθήσει τις καλλιέργειες να αναπτύξουν ανθεκτικότητα στο κλίμα μέσω μιας επιχορήγησης σπόρων το 2021 από το Εργαστήριο Συστημάτων Υδάτων και Τροφίμων του MIT Abdul Latif Jameel (J-WAFS). Η έρευνά της έχει στόχο να ανακαλύψει πώς μπορούμε να επιταχύνουμε την παραγωγή γενετικής ποικιλότητας για τη δημιουργία φυτών πληθυσμούς που ταιριάζουν καλύτερα σε δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Η γενετική παραλλαγή προκαλεί φαινοτυπικές παραλλαγές που μπορούν να βοηθήσουν τα φυτά να προσαρμοστούν σε ένα ευρύτερο φάσμα κλιματικών συνθηκών. Χαρακτηριστικά όπως η αντοχή στις πλημμύρες και η ανοχή στο αλάτι θα γίνουν πιο σημαντικά καθώς γίνονται αντιληπτές οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Ωστόσο, πολλά σημαντικά είδη φυτών δεν φαίνεται να έχουν πολλές μόνιμες γενετικές παραλλαγές, το οποίο θα μπορούσε να γίνει πρόβλημα εάν οι αγρότες χρειαστεί να αναπαράγουν τις καλλιέργειές τους γρήγορα για να προσαρμοστούν σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα.

Κατά την έρευνα μιας θρεπτικής καλλιέργειας που έχει μικρή γενετική παραλλαγή, η Gehring συνάντησε το μπιζέλι του περιστεριού, ένα είδος με το οποίο δεν είχε ξανασυνεργαστεί. πρωτεΐνη σε έναν σπόρο, επομένως η κατανάλωση περισσότερων μπιζελιών θα μπορούσε να μειώσει την εξάρτησή μας από το κρέας, το οποίο έχει πολλές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Ο αρακάς περιστεριών έχει επίσης θετικό αντίκτυπο στο περιβάλλον· ως πολυετή φυτά, ζουν για τρία έως πέντε χρόνια και απορροφούν άνθρακα για Μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην αποκατάσταση του εδάφους. “Τα όσπρια είναι πολύ ενδιαφέροντα επειδή είναι αζωτομονωτικά, έτσι δημιουργούν συμβίωση με μικρόβια στο έδαφος και σταθεροποιούν το άζωτο, το οποίο μπορεί να ανανεώσει τα εδάφη”, λέει ο Gehring. Τα μπιζέλια είναι γνωστό ότι είναι ανθεκτικά στην ξηρασία, επομένως πιθανότατα θα γίνουν πιο ελκυστικά καθώς πολλοί αγρότες απομακρύνονται από τις καλλιέργειες έντασης νερού.

Ανάπτυξη στρατηγικής

Χρησιμοποιώντας το φυτό αρακά περιστεριών, η Gehring άρχισε να εξερευνά μια παγκόσμια τεχνολογία που θα αύξανε την ποσότητα της γενετικής ποικιλότητας στα φυτά. Μια μέθοδος που επέλεξε η ερευνητική της ομάδα είναι να ενισχύσει τον πολλαπλασιασμό των μεταφερόμενων στοιχείων. Τα γονιδιώματα αποτελούνται από γονίδια που παράγουν πρωτεΐνες, αλλά μεγάλα κλάσματα αποτελούνται επίσης από μετατιθέμενα στοιχεία. Στην πραγματικότητα, περίπου το 45 τοις εκατό του ανθρώπινου γονιδιώματος αποτελείται από μετατιθέμενα στοιχεία, σημειώνει ο Gehring. Η κύρια λειτουργία των μετατιθέμενων στοιχείων είναι να δημιουργούν περισσότερα αντίγραφα του εαυτού τους. Επειδή το σώμα μας δεν χρειάζεται άπειρο πολλά από αυτά τα αντίγραφα, υπάρχουν συστήματα για να τα «σιωπήσουν» από την αντιγραφή.

Ο Gehring προσπαθεί να αντιστρέψει αυτή τη σίγαση, έτσι ώστε τα μετατιθέμενα στοιχεία να μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε όλο το γονιδίωμα, κάτι που θα μπορούσε να δημιουργήσει γενετική παραλλαγή δημιουργώντας μεταλλάξεις ή αλλάζοντας τον υποκινητή ενός γονιδίου — δηλαδή αυτό που ελέγχει την έκφραση ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Οι επιστήμονες έχουν παραδοσιακά ξεκινήσει τη μεταλλαξιογένεση χρησιμοποιώντας μια χημική ουσία που αλλάζει ζεύγη μεμονωμένων βάσεων στο DNA ή χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν πολύ μεγάλες θραύσεις χρωμοσωμάτων. Η ερευνητική ομάδα του Gehring προσπαθεί να προκαλέσει πολλαπλασιασμό μετατιθέμενων στοιχείων μέσω επεξεργασίας με μια σειρά χημικών ουσιών που αναστέλλουν τη σίγαση μεταφερόμενων στοιχείων. Ο στόχος είναι να επηρεαστούν πολλές τοποθεσίες στο γονιδίωμα ταυτόχρονα. «Αυτή είναι μια ανεξερεύνητη περιοχή όπου αλλάζεις 50 γονίδια κάθε φορά, ή 100, αντί μόνο ένα», εξηγεί. «Είναι ένα αρκετά επικίνδυνο έργο, αλλά μερικές φορές πρέπει να είμαστε φιλόδοξοι και να παίρνουμε ρίσκα».

Ανυπομονώ

Λιγότερο από ένα χρόνο μετά τη λήψη της επιχορήγησης σπόρων J-WAFS, το ερευνητικό έργο βρίσκεται ακόμη στα αρχικά του στάδια. Παρά τους διάφορους περιορισμούς λόγω της συνεχιζόμενης πανδημίας, το εργαστήριο Gehring δημιουργεί τώρα δεδομένα για Arabidopsis φυτό που θα εφαρμοστεί σε φυτά μπιζελιού περιστεριού. Ωστόσο, η Gehring αναμένει ότι θα χρειαστεί αρκετός χρόνος για να ολοκληρωθεί αυτή η ερευνητική φάση, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα φυτά μπιζέλια περιστεριών μπορεί να χρειαστούν πάνω από 100 ημέρες μόνο για να ανθίσουν. Αν και μπορεί να χρειαστεί χρόνος, αυτό Η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει τις καλλιέργειες να αντέξουν τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, συμβάλλοντας τελικά στον στόχο της J-WAFS να βρει λύσεις στις προκλήσεις του συστήματος τροφίμων.

“Η κλιματική αλλαγή δεν είναι κάτι που μπορεί κανείς από εμάς να αγνοήσει. … Εάν κάποιος από εμάς έχει την ικανότητα να την αντιμετωπίσει, έστω και με πολύ μικρό τρόπο, είναι σημαντικό να προσπαθήσουμε να την επιδιώξουμε”, παρατηρεί ο Gehring. “Είναι μέρος της ευθύνης μας ως επιστήμονες να πάρουμε τις γνώσεις που έχουμε και να προσπαθήσουμε να τις εφαρμόσουμε σε τέτοιου είδους προβλήματα».

.

Leave a Comment