• 12-636-18-51
  • wydawnictwo@plantpress.pl
ogrodinfo.pl
sad24.pl
warzywa.pl
Numer 02/2000

OSIĄGNIĘCIA W TRANSFORMOWANIU ROŚLIN OZDOBNYCH

Na rynku kwiaciarskim pojawiły się już odmiany transgeniczne. Nowa metoda hodowli, dzięki której je otrzymano, wykorzystuje inżynierię genetyczną do izolowania genów z roślin, mikroorganizmów i zwierząt, konstruowania zespołów genetycznych oraz wprowadzania ich do roślin (czyt. też HO 5/97). Wprowadzanie pojedynczych obcych genów na drodze transformacji nie powoduje zaburzeń w funkcjonowaniu komórek i tkanek, jak się to zwykle dzieje w przypadku łączenia całych genomów z odległych genetycznie gatunków. Stwarza natomiast możliwość wyposażenia konkretnych genotypów w geny warunkujące cechy, które nie są obecne w danym gatunku, rodzaju czy rodzinie. Hodowcy roślin ozdobnych są zainteresowani genami kontrolującymi takie cechy, jak kolor kwiatów czy pokrój roślin, ale także genami ułatwiającymi produkcję i obrót (odporność na choroby, szkodniki bądź herbicydy oraz na warunki transportu).
Cele transformacji
1. BARWA KWIATÓW. Dzięki poznaniu przemian biochemicznych prowadzących do wytworzenia barwników antocjanowych i karotenowych oraz wyizolowaniu wielu genów kodujących enzymy, które biorą udział w tych przemianach, można uzyskiwać niespecyficzne dla form uprawnych barwniki. Dokonuje się tego poprzez wprowadzanie genów kodujących enzymy zmieniające kierunek metabolizmu. Na przykład, do genomu petunii dołączono geny wyizolowane z kukurydzy i gerbery, które powodują tworzenie pelargonidyny, barwnika nadającego płatkom kwiatowym zabarwienie ceglastoczerwone, nieznane u rodzaju Petunia. Odmiana jest w opracowaniu i pewnie wkrótce zostanie wprowadzona do produkcji. Do genomu goździka dołączono gen wyizolowany z ostróżki, który umożliwia wytworzenie niebieskiego barwnika — delfinidyny. Odmiana z tym genem jest dostępna w obrocie na terenie Australii (czyt. HO 12/98). Do forsycji wprowadzono różne geny kodujące powstawanie barwników antocjanowych oraz karotenoidów, aby uzyskać pomarańczowe, czerwone i różowe barwy. W roku 2000 oczekiwane jest zakwitnięcie takich stransformowanych roślin forsycji.
Do kilku gatunków, między innymi róży, gerbery, goździka, eustomy i chryzantemy wprowadzono zmodyfikowane formy genów (już w tych roślinach obecnych), które powodują zakłócenia w wytwarzaniu naturalnych barwników. Objawia się to rozjaśnieniem lub wręcz wybieleniem kwiatów, a także wytwarzaniem wzorów na płatkach kwiatowych. Wiele z tych kreacji zapewne wkrótce zostanie wprowadzone na rynek jako uzupełnienie kolorystycznych serii odmian. Nie odniesiono na razie sukcesów w uzyskaniu niebieskich róż, o których marzą hodowcy, ogrodnicy oraz hobbyści. Wytwarzanie niebieskiego barwnika jest jednak uzależnione także od genów podwyższających pH komórek.
2. POKRÓJ ROŚLIN. Cecha ta zależy od dwóch głównych czynników — dominacji wierzchołkowej i wydłużania się międzywęźli, co regulują proporcje pomiędzy poziomem regulatorów wzrostu (auksyn, cytokinin i giberelin) wytwarzanych przez rośliny. Wprowadzenie genu podwyższającego poziom auksyn powoduje zmniejszenie zdolności do rozkrzewiania się i zwiększenie zdolności do ukorzeniania, zmienia się także kształt liści. Podwyższenie poziomu cytokinin daje efekt odwrotny — zmniejszenie zdolności do ukorzeniania, zwiększenie liczby pędów bocznych i skrócenie międzywęźli.
Wprowadzenie genów fitochromu ma podobny wpływ na rośliny, jak stosowanie retardantów. Dzięki tym genom można otrzymać odmiany bardziej rozkrzewiające się i niskie, przydatne do uprawy doniczkowej oraz rabatowej, ale także odmiany nie wymagające zabiegów usuwania zbędnych bocznych pąków kwiatowych, tak uciążliwego w produkcji wielkokwiatowych chryzantem i goździków.
Geny modyfikujące poziom regulatorów wzrostu wprowadzono do kilkunastu gatunków, między innymi do chryzantemy, goździka, gerbery, petunii, pelargonii, begonii, poinsecji, wyżlinu (lwiej paszczy), torenii, osteospermum. Gen podwyższający zdolność do ukorzeniania się wprowadzono do dwóch podkładek róż. Nie ma jeszcze na światowym rynku żadnej odmiany ze zmodyfikowanym poprzez transformację poziomem regulatorów wzrostu, jednak zapewne taka kreacja wkrótce trafi do obrotu.
3. TRWAŁOŚĆ KWIATÓW. Gwałtowne starzenie się kwiatów goździków, petunii, storczyków czy lilii wynika ze zwiększonego wytwarzania etylenu w płatkach kwiatowych, co jest zaindukowane etylenem zewnętrznym. Gaz ten produkują w dużych ilościach zapylone kwiaty. Jest on zarazem hormonem stresu, pojawiającym się w następstwie ścinania łodygi czy wówczas, gdy kwiaty cięte pozbawione są wody, toteż trudno uniknąć go w warunkach transportu oraz sprzedaży. Wytwarzanie etylenu jest kodowane w komórkach przez kilka genów. Wprowadzenie do roślin choćby jednego z tych genów, w formie zmodyfikowanej, zakłóca metabolizm etylenu i wydłuża trwałość kwiatów. W Australii trafiła już do produkcji odmiana transgeniczna goździka o kilkakrotnie przedłużonej trwałości kwiatów (czyt. HO 12/98).
4. ODPORNOŚĆ NA WIRUSY. Rośliny rozmnażane wegetatywnie szczególnie łatwo ulegają wirozom, ponieważ wirusy są przenoszone przez sadzonki. Niektóre z tych patogenów powodują całkowitą utratę wartości handlowej rośliny. Aby uchronić się przed tymi organizmami, trzeba dysponować kosztownym systemem produkcji materiału nasadzeniowego, obejmującym odwirusowanie, testowanie i przechowywanie materiału rozmnożeniowego, w izolacji od wektorów wirusów (np. mszyc). Wprowadzenie genów otoczki białkowej wirusa w zmodyfikowanej formie zakłóca jego namnażanie się w komórkach i eskalację zakażenia, powodując tym samym zwiększenie odporności roślin.
Metody tej użyto w następujących przypadkach: do chryzantemy wprowadzono zmodyfikowane DNA wirusa brązowej plamistości pomidora, do mieczyka — wirusa żółtej mozaiki fasoli, do pelargonii — DNA trzech wirusów z grupy Tombus (pstrości kwiatów, plamis-tości wzorzystej pelargonii i pla-mistości pierścieniowej pelargonii). Obecnie trwa badanie poziomu odporności stransformowanych roślin. W naszym Instytucie opracowano metodę transformacji gerbery przy użyciu genów markerowych, nie wnoszących cech użytkowych (fot.). Teraz zaś trwają prace nad wprowadzeniem do gerbery odporności na wirusa brązowej plamistości pomidora.

TRANSGENICZNE PĘDY GERBERY W KULTURACH IN VITRO


5. ODPORNOŚĆ NA BAKTERIE I GRZYBY. Wyizolowano szereg genów kontrolujących odporność na bakterie i grzyby. Geny kodujące enzymy, które rozkładają chityno-glukanowe ściany grzybów, co znacznie opóźnia, a czasem uniemożliwia zakażenie, zostały wyizolowane z grzyba Trichoderma har-zianum i wprowadzone, między innymi, do róży dla ochrony przed mączniakiem prawdziwym, a do gerbery i petunii — przed szarą pleśnią. Dla ochrony petunii przed szarą pleśnią wprowadzono także gen osmotyny, wyizolowany z tytoniu. Planuje się wykorzystać metodę transformacji, aby wprowadzić odporność na Fusarium oxysporum do mieczyka, lilii i goździka. Pilna konieczność podwyższenia odporności pelargonii oraz anturium na bakteriozę powodowaną przez bakterie z rodzaju Xanthomonas leży u podłoża prób transformowania tych roślin genami antymikrobowymi atacyny i cekropiny, wyizolowanymi z tropikalnych owadów. Wszystkie wymienione powyżej rośliny transgeniczne są na etapie oceniania odporności.
6. ODPORNOŚĆ NA SZKODNIKI. Ta cecha może zostać poprawiona w wyniku wprowadzenia do roślin genów kodujących toksyczne dla owadów białko. Geny takie wyizolowano z Bacterium thuringiensis. Dzięki nim można poprawić odporność roślin na różne grupy owadów: motyle, błonkówki, pluskwiaki oraz inne. Geny toksycznego białka wprowadzono między innymi do chryzantemy, aby uzyskać odporność na miniarkę, i obecnie jest sprawdzana odporność na tego szkodnika u uzyskanych roślin trangenicznych.

Zasadność i efekty nowej metody hodowli
Praktycznym zadaniem transformacji jest uzyskanie unikatowych genotypów, posiadających cechy, których wprowadzenie innymi metodami byłoby niemożliwe. Czynniki skłaniające do podjęcia decyzji o zastosowaniu tej metody hodowli to możliwość zregenerowania roślin z pojedynczych stransformowanych komórek, dostępność genów kodujących pożądane cechy, oczekiwanie lub akceptacja ze strony producentów i konsumentów oraz opłacalność przedsięwzięcia. Podejmowanie kosztownych zabiegów związanych z transformacją, służących zaspokajaniu potrzeb estetycznych nie jest pozbawione sensu, przynajmniej z punktu widzenia firm hodowlanych — które liczą na efekt ekonomiczny — i, pracujących na ich potrzeby oraz przy ich finansowym wsparciu, placówek badawczych.
Efekty praktyczne transformowania roślin ozdobnych pozostają w proporcji do poniesionych nakładów, które są dziesiątki tysięcy razy niższe niż te zaangażowane do transformowania roślin zbożowych czy przemysłowych. Z tego powodu na rynek wprowadzono dopiero dwie transgeniczne odmiany roślin ozdobnych. Drugim czynnikiem wstrzymującym jest fakt, że trudniej hodowcy wyegzekwować swoje prawa do odmiany ozdobnej (stransformowanej) z powodu rozdrobnienia produkcji i lekceważenia problemu "piractwa", ze względu na znacznie mniejszą finansowo skalę przestępstwa oraz mniej konsekwentną kontrolę. Z drugiej strony łatwiej wprowadzić na rynek transgeniczną odmianę ozdobną, ponieważ nie ma obaw o jej szkodliwość dla ludzkiego zdrowia.
Transformację roślin ozdobnych prowadzi się głównie w laboratoriach europejskich (przede wszystkim w Holandii, Francji, Finlandii, we Włoszech, ale także w USA, Izraelu, Japonii i Nowej Zelandii). Procedura dopuszczania odmian transgenicznych do badań polowych oraz do obrotu jest w Europie znacznie bardziej skomplikowana i restrykcyjna niż w USA czy Azji. Jednak co najmniej kilka laboratoriów lub firm hodowlanych zbliża się do wprowadzenia transgenicznych odmian ozdobnych, o czym zapewne usłyszymy w najbliższym czasie.

Autorka pracuje w Instytucie Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach