Nad udoskonaleniem uprawnych odmian łubinów pracują naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu i Instytutu Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu. Wyniki ich badań mogą pomóc w znalezieniu nowych gatunków tej rośliny, co dałoby możliwość dywersyfikacji źródeł białka roślinnego.
Globalne zmiany klimatyczne oznaczają coraz większe straty w uprawach, co zmusza hodowców do poszukiwania nowych, lepiej dostosowanych do tych zmian i zarazem bardziej opłacalnych gatunków roślin. Podjęcie tego typu tematów badawczych jest szczególnie istotne z uwagi na wzrost światowej populacji ludzi i realne widmo głodu, dotykające szczególnie narażone obszary.
Dlatego wciąż szukamy optymalnych rozwiązań, w których kluczowe znaczenie ma identyfikacja nowych, zrównoważonych źródeł białka roślinnego zarówno do produkcji paszy dla zwierząt, jak i żywności wzbogacającej dietę człowieka. Rośliny strączkowe, takie jak soja, fasola zwyczajna, groch czy łubin to obiecujące alternatywy dla białka zwierzęcego. Mają potencjał, by zaspokoić zapotrzebowanie na białko stale rosnącej populacji, a jednocześnie złagodzić wpływ zmian klimatycznych na produkcję żywności – wyjaśnia dr Sandra Rychel-Bielska z Katedry Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
Jej najnowsze badania mają na celu poznanie szlaków indukcji kwitnienia, odpowiedzi na wernalizację i adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych u łubinów Nowego Świata (ang. NWL) oraz porównanie ich z mechanizmami już opisanymi dla łubinów Starego Świata (ang. OWL).
Łubiny są jednym z najbardziej obiecujących źródeł białka ze względu na wysokie stężenie niezbędnych aminokwasów i białek w suchej masie oraz stosunkowo niski poziom oleju, bogatego w jednonienasycone (54,2%) i wielonienasycone (28,5%) kwasy tłuszczowe. Co równie ważne, mają palowy system korzeniowy i zdolne są do tworzenia brodawek korzeniowych dzięki symbiozie z bakteriami z rodzaju Bradyrhizobium – dzięki temu potrafią wiązać azot atmosferyczny, co pozwala ograniczyć wykorzystanie nawozów azotowych.
Łubiny odgrywają też rolę w płodozmianie wykorzystując wypłukane głęboko związki mineralne, niedostępne dla innych gatunków roślin uprawnych – dodaje dr Rychel-Bielska, wyjaśniając od razu, że ewolucja łubinów jest niezwykle złożona i zakłada co najmniej kilka teorii dotyczących pochodzenia wspólnego przodka dla całego rodzaju.
Większość gatunków naturalnie występuje w Ameryce Północnej, a około dziesięć gatunków pochodzi z regionu śródziemnomorskiego. Pomimo dużej dysproporcji w liczebności gatunków, to właśnie basen Morza Śródziemnego uważany jest za region ancestralny, a więc podstawowy dla całego rodzaju. Według tej samej teorii łubin prawdopodobnie rozprzestrzenił się na tereny Ameryki Północnej i Południowej około 10–13 milionów lat temu. Następnie, ze względu na bariery geograficzne, szczególnie w Andach, nastąpiła tzw. specjacja skokowa, czyli proces, podczas którego w krótkim czasie wyewoluowało prawie 200 nowych gatunków. Jednocześnie naukowcy zajmujący się ewolucją roślin zakładają, że ścieżka indukcji kwitnienia związana z wernalizacją, czyli kwitnieniem roślin ozimych pod wpływem niskich temperatur, wyewoluowała już w kenozoiku (ok. 66 milionów lat temu), w trakcie globalnego ochłodzenia, gdy znane rodziny roślin zostały już wyodrębnione.
Przez wiele lat badaliśmy u łubinu białego, żółtego i wąskolistnego z Europy kluczowe różnice w molekularnych mechanizmach regulacji szlaków wernalizacji występujące nawet pomiędzy blisko spokrewnionymi gatunkami. Uzyskane do tej pory wyniki pozwoliły nam przyjąć hipotezę, że ścieżki wernalizacji u łubinów z Nowego Świata mogą być podobne do tych „naszych”, ale gwałtowna ewolucja, do jakiej doszło w Andach, mogła spowodować powstanie dodatkowych zmian bądź nowych mechanizmów, specyficznych dla łubinów z tego regionu – tłumaczy badaczka z UPWr.
Dotychczasowe badania potwierdziły występowanie istotnych różnic w regulacji kwitnienia i odpowiedzi na wernalizację nawet wśród blisko spokrewnionych gatunków europejskich łubinów, stąd też badacze realizujący ten projekt założyli, że analizy szlaków wernalizacji u łubinów z Nowego Świata mogą ujawnić nowe, dotychczas nieznane mechanizmy regulacji i zapewnić wgląd w ewolucję rodzaju Lupinus.
Planowane badania procesów indukcji kwitnienia będą pierwszą tego typu przekrojową analizą poprowadzoną na tych gatunkach, a wyniki planowanej analizy różnicowej ekspresji genów posłużą do wyselekcjonowania genów kandydujących, biorących udział w regulacji kwitnienia i wernalizacji.
Opracujemy też wstępne sekwencje genomów wszystkich badanych gatunków i przeprowadzimy kompleksową analizę porównawczą. Sekwencje te pozwolą na identyfikację regionów zachowawczych, jak i fragmentów różniących się pomiędzy wszystkimi gatunkami. Przeprowadzimy także analizę syntenii i rearanżacji genomu, aby znaleźć tzw. bloki synteniczne, a także duże rearanżacje strukturalne. Uzyskane wyniki pozwolą na opracowanie drzewa filogenetycznego, reprezentującego powiązania ewolucyjne pomiędzy gatunkami rodzaju Lupinus oraz opracowanie nowych modeli indukcji kwitnienia i odpowiedzi na wernalizację. Wszystko razem zaś może ułatwić nam poszukiwanie nowych gatunków stanowiących źródło pożądanych cech lub nadających się do udomowienia, czyli po prostu uprawy – podkreśla dr Sandra Rychel-Bielska.
Jej zespół w realizacji projektu będzie współpracował z Instytutem Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu.
źródło: UPWr