Cum ar putea biologia moleculară să reducă insecuritatea alimentară globală | Știri MIT

Culturile de bază precum orezul, porumbul și grâul hrănesc peste jumătate din populația globală, dar sunt din ce în ce mai vulnerabile la riscuri grave de mediu. Efectele schimbărilor climatice, inclusiv schimbările de temperatură, variabilitatea precipitațiilor, modelele schimbătoare ale dăunătorilor și bolilor agricole și pătrunderea apei sărate de la creșterea nivelului mării, toate contribuie la scăderea randamentului culturilor. Pe măsură ce aceste efecte continuă să se agraveze, vor fi mai puține alimente disponibile pentru o populație în creștere rapidă.

Mary Gehring, profesor asociat de biologie și membru al Institutului Whitehead pentru Cercetări Biomedicale, este din ce în ce mai preocupată de potențialele impacturi catastrofale ale schimbărilor climatice și a hotărât să facă ceva în acest sens.

Obiectivul principal de cercetare al Gehring Labs este epigenetica plantelor, care se referă la informațiile ereditare care influențează funcția celulară a plantelor, dar nu sunt codificate în secvența ADN-ului în sine. Această cercetare se adaugă la înțelegerea noastră fundamentală a biologiei plantelor și ar putea avea aplicații agricole în viitor. „Lucrez cu semințe de mulți ani”, spune Gehring. „Înțelegerea modului în care funcționează semințele va fi esențială pentru agricultură și securitatea alimentară”, explică ea.

Punerea bazei

Gehring își folosește expertiza pentru a ajuta culturile să dezvolte rezistența la climă printr-un grant pentru semințe 2021 de la Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS) de la MIT. Cercetarea ei are ca scop descoperirea modului în care putem accelera producția de diversitate genetică pentru a genera populații de plante care sunt mai potrivite pentru condițiile de mediu dificile.

Variația genetică dă naștere la variații fenotipice care pot ajuta plantele să se adapteze la o gamă mai largă de climate. Trăsături precum rezistența la inundații și toleranța la sare vor deveni mai importante pe măsură ce efectele schimbărilor climatice se vor realiza. Cu toate acestea, multe specii de plante importante nu par să aibă prea multe variații genetice, ceea ce ar putea deveni o problemă dacă fermierii trebuie să-și reproducă rapid culturile pentru a se adapta la un climat în schimbare.

Cercetând o cultură hrănitoare care are variații genetice reduse, Gehring a dat peste mazărea porumbeilor, o specie cu care nu mai lucrase până acum. Mazărea porumbeilor este o leguminoasă consumată în Asia, Africa și America Latină. Au unele dintre cele mai ridicate niveluri de proteine ​​dintr-o sămânță, așa că consumul mai multor mazăre de porumbei ar putea reduce dependența noastră de carne, care are numeroase efecte negative asupra mediului. Mazărea porumbeilor are și un impact pozitiv asupra mediului; ca plante perene, trăiesc timp de trei până la cinci ani și captează carbonul pentru perioade mai lungi de timp. Ele pot ajuta, de asemenea, la refacerea solului. „Leguminoasele sunt foarte interesante pentru că sunt fixatoare de azot, așa că creează simbioze cu microbii din sol și fixează azotul, care poate reînnoi solul”, spune Gehring. Mai mult, se știe că mazărea porumbeilor este rezistentă la secetă, așa că probabil că va deveni mai atractivă pe măsură ce mulți fermieri trec de la culturile mari consumatoare de apă.

Dezvoltarea unei strategii

Folosind planta de mazăre porumbei, Gehring a început să exploreze o tehnologie universală care ar crește cantitatea de diversitate genetică a plantelor. O metodă aleasă de grupul ei de cercetare este de a spori proliferarea elementelor transpozabile. Genomul este alcătuit din gene care produc proteine, dar fracțiile mari sunt formate și din elemente transpozabile. De fapt, aproximativ 45% din genomul uman este alcătuit din elemente transpozabile, notează Gehring. Funcția principală a elementelor transpozabile este de a face mai multe copii ale lor. Deoarece corpurile noastre nu au nevoie de un număr infinit de aceste copii, există sisteme care să le „aducă la tăcere” de la copiere.

Gehring încearcă să inverseze această tăcere, astfel încât elementele transpozabile să se poată mișca liber în întregul genom, ceea ce ar putea crea variații genetice prin crearea de mutații sau modificarea promotorului unei gene – adică ceea ce controlează expresia unei anumite gene. Oamenii de știință au inițiat în mod tradițional mutageneza folosind o substanță chimică care modifică perechile de baze unice din ADN sau prin utilizarea razelor X, care pot provoca rupturi foarte mari ale cromozomilor. Echipa de cercetare a lui Gehring încearcă să inducă proliferarea elementelor transpozabile prin tratament cu o suită de substanțe chimice care inhibă tăcere elementului transposabil. Scopul este de a afecta mai multe site-uri din genom simultan. „Acesta este un teritoriu neexplorat în care schimbi 50 de gene la un moment dat, sau 100, mai degrabă decât doar una”, explică ea. „Este un proiect destul de riscant, dar uneori trebuie să fii ambițios și să-ți asumi riscuri.”

Abia aștept

La mai puțin de un an de la primirea grantului pentru semințe J-WAFS, proiectul de cercetare este încă în fazele sale incipiente. În ciuda diferitelor restricții din cauza pandemiei în curs, Gehring Lab generează acum date despre Arabidopsis plantă care va fi aplicată plantelor de mazăre porumbei. Cu toate acestea, Gehring se așteaptă că va dura mult timp pentru a finaliza această fază de cercetare, având în vedere că plantele de mazăre porumbei pot dura mai mult de 100 de zile doar pentru a înflori. Deși ar putea dura timp, această tehnologie ar putea ajuta culturile să reziste la efectele schimbărilor climatice, contribuind în cele din urmă la obiectivul J-WAFS de a găsi soluții la provocările sistemului alimentar.

„Schimbarea climatică nu este ceva ce oricare dintre noi poate ignora. … Dacă unul dintre noi are capacitatea de a o aborda, chiar și într-un mod foarte mic, este important să încercăm să o urmăm”, remarcă Gehring. „Face parte din responsabilitatea noastră ca oameni de știință să luăm cunoștințele pe care le avem și să încercăm să le aplicăm acestor tipuri de probleme.”

Leave a Comment

Your email address will not be published.