Istraživači dovršili mapiranje genoma sorti Frantoio i Leccino
Nakon dvije godine mukotrpnog rada, istraživači su korak bliže otkrivanju zašto su neke masline otpornije na utjecaje klimatskih promjena.
Međunarodni tim istraživača mapirao je cjelovit genom sorti masline Leccino i Frantoio.
Genomsko mapiranje dviju autohtonih talijanskih sorti, koje se sada uzgajaju u desecima zemalja, omogućit će istraživačima da ih usporede i pripremiti put za dublje razumijevanje genetike masline.
"U vremenima klimatskih promjena, poznavanje više o genomici maslina znači poznavanje više o tome kako ta stabla reagiraju na glavne, a ponekad i nove, stresne čimbenike okoliša", rekao je Luca Sebastiani.
Sekvenciranje nam omogućuje da imamo rječnik pomoću kojeg možemo razumjeti zašto su ove dvije sorte različite. –
Koordinator studije, koji je ujedno i redoviti profesor hortičkih znanosti na Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, rekao je za Olive Oil Times da genomika može rezultirati otpornijim maslinicima u mediteranskom bazenu.
"Kako bismo se prilagodili klimatskim promjenama, potrebni su nam otporni genotipovi, kao i odgovarajuće agrotehničke tehnike", rekao je Sebastiani. "Ako bude nedostatka vode, bit će potreban navodnjav, ali i sorte koje učinkovito koriste vodu. Postoje i izazovi povezani s višim temperaturama, novom osjetljivošću na patogene i napadima kukaca."
"Genetsko mapiranje jedan je od alata koji nam može omogućiti brže pronalaženje rješenja", dodao je.
Iako je genetsko uređivanje masline još u povojima, uspoređivanje genomâ dviju sorti moglo bi brže dati otpornija stabla nego tradicionalni programi oplemenjivanja.
Genetika naspram genomike
Genetika je znanost o pojedinačnim genima, o tome kako utječu na osobine i nasljeđivanje. Genomika je znanost o svim genima u genomu i njihovim međusobnim interakcijama i interakcijama s okolišem.
I Frantoio i Leccino dobro su dokumentirani u znanstvenoj literaturi, kao i njihovo ponašanje pri suočavanju sa stresom okoliša.
"Njihovi odgovori na stres, kako na sušu, tako i osobito na slanost, vrlo su zanimljivi modeli, jer je Frantoio tolerantan, dok je Leccino manje tako", rekao je Sebastiani.
"Godinama smo radili na objašnjavanju mehanizma koji stoji iza ove razlike, ali bez genomskih podataka uvijek je bilo teško u potpunosti razumjeti koji geni bi mogli biti uključeni", dodao je.
Vidi također: Masline s višim udjelom fenola otpornije na antracnozu"Sekvenciranje nam omogućuje da imamo rječnik pomoću kojeg možemo razumjeti zašto su ove dvije sorte različite", primijetio je Sebastiani.
Prema istraživačima, uobičajena praksa odabira sorti maslina putem tradicionalne selekcije dugotrajna je i ne donosi uvijek najbolje rezultate.
U svom radu istraživači su naveli da rezultati nisu dosljedni jer "precizne molekularne informacije o lokaciji i strukturi gena uvelike nedostaju". Znanstvenicima je trebalo više od dvije godine da dovrše mapiranje.
"Uspjeli smo zahvaljujući sredstvima iz talijanskog Nacionalnog plana oporavka i otpornosti i zahvaljujući činjenici da smo prilično velika skupina", rekao je Sebastiani, u kojoj su sudjelovali i kolege sa Sveučilišta u Arizoni i Sveučilišta kralja Abdullaha za znanost i tehnologiju u Saudijskoj Arabiji.
Visok postotak Long Terminal Repeats pronađen je u oba kultivara, što ukazuje na značajnu sličnost u njihovom genomu.
Ponavljajuće DNK sekvence nisu nasumične, jer ih oblikuje evolucija i mogu igrati važne uloge, poput održavanja stabilnosti i integriteta genoma.
"Još uvijek ne znamo dobro kako različiti dijelovi genoma međusobno djeluju", rekao je Sebastiani. "Sada kada imamo te informacije o različitim kultivarima, možemo početi uočavati te razlike, a to bi nam moglo pomoći da u nadolazećim godinama bolje razumijemo vrstu."
Usporedio je izazov s kojim su se istraživači suočili pri mapiranju genoma dvaju sorti s dovršavanjem slagalice, gdje je polovica dijelova slike vedrog plavog neba.
"U takvom je slučaju spajanje dijelova slagalice puno složenije u usporedbi s onom koja prikazuje mnogo varijacija", rekao je. "To je problem kod maslina, jer imamo mnogo visoko ponavljajućih regija."
Određivanje položaja gena unutar genoma temeljno je za pretvaranje sirovih DNK sekvenci u praktično znanje, i pomaže istraživačima povezati gen s određenim obilježjem, kao što su prinos, sastav ulja ili otpornost na štetočine i bolesti.
Ovo znanje ubrzava programe oplemenjivanja, zamjenjujući spor odabir nasumičnim ciljanim pristupima.
Pozicija gena također otkriva kako se reguliraju i međusobno djeluju, pružajući uvid u prilagodbu i domestikaciju.
Kod maslina, precizne karte omogućuju znanstvenicima usporedbu sorti, praćenje evolucijskih promjena i osmišljavanje preciznih alata poput uzgoja uz pomoć markera ili uređivanja gena za razvoj otpornijih i kvalitetnijih sorti.
"Ovo mapiranje visoke kvalitete može se obaviti samo kada imate tehnike koje sekvenciraju vrlo velike fragmente, što olakšava posao", rekao je Sebastiani.
"Tijekom godina došlo je do goleme evolucije tehnika", dodao je. "Danas imamo PacBio, koji omogućuje sekvenciranje dužih DNK fragmenata, što prije nije bilo moguće."
U stanju stresa, poput onog izazvanog slanošću tla ili sušom, može biti uključena samo nekolicina gena, pri čemu se uočavaju razlike između dvaju kultivara.
"Mala razlika u strukturi gena, ili čak u promotorskoj regiji koja regulira koliko gen funkcionira, može uzrokovati da gen uopće ne radi, da bude manje aktivan ili da bude aktivniji", rekao je Sebastiani.
Dodao je da je ključno identificirati i razumjeti razlike.
"Ako razumijem da gen uključen u određenu vrstu stresa ima jednu strukturu u sorti Frantoio i drugu u sorti Leccino, te da bolje funkcionira u Frantoiu, a lošije u Leccinu, Tada također mogu koristiti tehnike analize ekspresije gena, sekvenciranje RNA ili druge tehnologije, kako bih vidio utječe li ta strukturna varijacija na aktivnost," rekao je Sebastiani.
"Ako otkrijem da jest, sada imamo i genetsko uređivanje", dodao je. "Kod maslina to još nije vrlo učinkovito, ali mogao bih prepisati gen Leccino kako bih oponašao oblik gena Frantoio, prenoseći te informacije tako da djeluje drugačije."
Međutim, Sebastiani je objasnio da je istraživanje uređivanja gena masline još uvijek u ranim fazama eksperimentiranja u usporedbi s drugim vrstama.
"Također radim na topoli [rod od 35 vrsta vrba] sa svojom grupom", rekao je Sebastiani. "Kod topole to već možemo učiniti. Kod maslina je problem još uvijek u poteškoćama s transformacijom pomoću ovih tehnika uređivanja; to bi moglo potrajati godinama."
Iako je došlo do brzih napretka u tehnologiji uređivanja gena, Sebastiani je priznao da je nemoguće procijeniti koliko bi to moglo potrajati.
Ipak, on očekuje da bi brzi razvoj genomike i srodnih tehnologija mogao imati utjecaj u relativno kratkom roku u usporedbi s prethodnim pristupima.
"Danas, čak i koristeći tradicionalne tehnike, ali uz pomoć molekularne biologije, ako križam Leccino i Frantoio kako bih prenio toleranciju na sol, morao bih pričekati da biljka naraste i zatim je testirati. To traje vrlo dugo", rekao je.
"Ako umjesto toga izravno potražim strukturu gena, već ga mogu pratiti genomikom ili drugim tehnikama", dodao je Sebastiani. "Danas mogu čak sekvencirati cijeli genom po nižoj cijeni, a budući da već imam referentni genom, mogu točno vidjeti gdje se taj gen nalazi i u kojem položaju."
"Mogao bih uzeti Leccino, znajući da dva ili tri gena povećavaju toleranciju, i modificirati samo njih", primijetio je. "S uređivanjem, ako bi sve uspjelo, za godinu ili dvije to bi se moglo napraviti u laboratoriju. To bi bio veliki korak naprijed."
Genomika i mapiranje gena masline moglo bi otvoriti put novom pristupu uzgoju masline.
Dok tradicionalno uzgajanje često uključuje stoljetne maslinike, novi nasadi posađeni s genetski uređenim sortama masline mogli bi se pokazati ključnima u podršci proizvodnji u kontekstu sve toplije i sušnije mediteranske klime.
"Takvo novo znanje moglo bi se pretočiti u promjene u produktivnosti, inovacijama i rješenjima za uzgajivače", rekao je Sebastiani.
Istraživački tim iskoristit će nove genomski informacije kako bi stekao dublje razumijevanje razlika između dviju sorti u odgovoru na stres od soli.
"Također planiramo, ako bude moguće, sekvencirati više sorti koje nas zanimaju zbog njihovih reakcija na druge stresne uvjete, uključujući i zagađivače", zaključio je Sebastiani. "Svakako ćemo koristiti genomiku kako bismo bolje razumjeli mehanizme."