Oamenii de știință din cercetarea agricolă se află în cea mai mare parte în fundal, deși se concentrează pe una dintre cele mai importante părți ale vieții noastre - alimentele. Alimentele sunt responsabile pentru sănătatea sau boala noastră. În timpul studiilor mele la Praga, am cercetat amarantul pe lângă alte plante. Este o plantă excepțională care nu are nimic de-a face cu cerealele, dar semințele sale pot fi prelucrate în făină, care este mult mai sănătoasă decât grâul clasic. Am cultivat diferite soiuri de amarant pe câmpuri experimentale și am îmbunătățit metoda de identificare a diferiților săi hibrizi, pe care am publicat-o în cele din urmă în Journal of Cereal Science. De obicei, nici nu ne putem imagina câtă știință este necesară pentru a obține o nouă varietate a oricărei culturi în câmp și de la câmp la farfuria noastră.
Nici înainte nu aveam idee ce înseamnă să aduci cereale la câmp și am dat de la sine înțeles că am pâine la micul dejun în fiecare zi. La urma urmei, gândirea la modul în care sunt produse sau cultivate mâncarea este puțin sub nivelul unei societăți moderne avansate care depinde doar de smartphone-uri.
Depinde de alimente dacă avem tensiune arterială crescută, obezitate, diabet, cancer, probleme digestive, alergii, erupții cutanate sau, dimpotrivă, o piele frumoasă și sănătoasă. Probabil ați auzit despre asta de X ori, pentru că articolele despre alimentația sănătoasă sunt incredibile. De multe ori, totuși, este foarte simplu, trebuie doar să înlocuiți junk food-ul cu o alternativă mai sănătoasă. Ar fi suficient să înlocuim făina de grâu alb cu amarant și am avea un mic dejun mai nutritiv imediat.
Dar alimentele sănătoase trebuie să fie accesibile pentru noi, dar și profitabile pentru cultivatori și procesatori. Și aici intră în joc Institutul de cercetare pentru producția de plante, Praga - Ruzyně (pentru Republica Cehă), unde sunt depozitate și testate diferite soiuri de cereale și leguminoase din întreaga lume într-o bancă de gene. Pe lângă cele mai noi soiuri de grâu sau ovăz, au și amarantul menționat sau hrișca sau quinoa din ce în ce mai cunoscute, dar uneori încearcă și un exotism complet. La urma urmei, în alte părți ale lumii nu depind doar de grâu, orez și porumb, dar cerealele lor tradiționale sunt, de exemplu, Pennisetum americanum (dochan), Eleusine coracana, Sorghum bicolor (sorghum), Coix lacryma-jobi, Eragrostis tef (tef), Echinochloa frumentacea, Digitaria exilis .
Multe dintre ele sunt foarte interesante din punct de vedere nutrițional, cu siguranță mai sănătoase decât grâul, orezul sau cartofii. Cu toate acestea, este necesar să aflăm dacă își păstrează proprietățile chiar și în condițiile Europei Centrale și mai ales dacă sunt capabili să germineze în țara noastră chiar și după ultimele înghețuri de primăvară și dacă sunt capabili să producă în cele din urmă suficiente semințe. S-ar putea să vi se pară că cea mai mare problemă cu cerealele exotice este lipsa de căldură vara și apoi înghețurile de toamnă, care vor distruge cultura. Da, poate exista un singur pericol. Dar plantelor le lipsește echinocțiul din tropice, ceea ce înseamnă că ziua și noaptea durează aceleași 12 ore pe tot parcursul anului. Și o plantă exotică are nevoie doar de ziua potrivită pentru a înflori. La noi, zilele sunt prea lungi vara și abia în toamnă lungimea lor începe să semene cu cea tropicală. Deci planta o va vedea în sfârșit - va începe să înflorească, dar din păcate va deveni imediat foarte rece și înghețul va distruge imediat primele roade. Și este după recoltare. Prin urmare, scopul crescătorilor este de a crea soiuri care ar putea fi cultivate în regiune cu zile lungi.
Un alt lucru care trebuie testat este valoarea nutrițională a semințelor acestor culturi minore din extremitățile noastre. Conținutul de proteine, și astfel compoziția de aminoacizi, depinde, printre alți factori, de nutriția plantelor și de condițiile climatice. Există un alt tip de sol în Europa Centrală decât în Africa sau America de Sud. De asemenea, este important modul în care îl fertilizăm și, de asemenea, cât de mult plouă într-un anumit an. Când plouă prea mult, azotul poate fi scos din sol și nu mai rămâne mult pentru plantă, astfel încât conținutul de proteine este redus. Este foarte complicat și se poate schimba chiar și în fiecare an pe același teren. Prin urmare, soiurile testate ar trebui monitorizate timp de câțiva ani.
Gene Bank din Praga are o mulțime de soiuri grozave pe care le primesc de la bănci genetice din întreaga lume. Sunt depozitate în congelatoare uriașe - mai bine spus în depozite congelatoare. Atunci când un nou soi este însămânțat pe câmpul experimental, înregistrăm câte zile a durat până la germinare, câte zile a durat până când a avut primele flori și, în cele din urmă, ca fructele să se coacă. De asemenea, numărăm câte frunze avea, cât de înaltă era, ce diametru avea tulpina. Înregistrăm culoarea și lungimea frunzelor și florilor (inflorescențe). Când semințele se coc, culoarea și dimensiunea lor sunt descrise, iar randamentele sunt calculate. Se cântăresc 1000 de semințe. Pentru a face acest lucru, ei au un dispozitiv special care numără semințele (ceva similar cu băncile de calculatoare).
Dar toate acestea sunt trăsături morfologice. Un soi poate fi de fapt foarte asemănător cu altul, dar anul viitor, de exemplu, poate ploua mai mult și unul dintre ei va crește mai mult și vor fi puțin diferiți. Prin urmare, este necesar să le cunoaștem genetic.
Întrucât genomul plantelor tinde să fie extrem de mare, este exclus să se secvențeze fiecare nou soi, așa cum este cazul bacteriilor. Există modalități de a obține o anumită „amprentă digitală” pentru fiecare varietate a oricărei culturi. Extragem ADN-ul soiurilor noastre și îl supunem metodelor RFLP, AFLP sau RAPD. Nu vreau să le analizăm în detaliu aici, dar ideea este că nu supunem întregul genom uriaș al plantei analizei genetice, ci doar anumite bucăți din aceasta. Fiecare dintre aceste metode folosește un mod diferit de a obține aceste piese. De exemplu, există enzime care pot tăia ADN-ul imediat după o anumită secvență. De exemplu, o enzimă numită EcoRI taie secvența ADN a GAATTC exact după litera G dacă este urmată de AATTC. Acum am venit cu un exemplu aici. Succesiunea soiului X:
Când ADN-ul este tăiat după primul și al doilea G-AATTC specific, obținem o secvență de 26 de litere.
Dacă soiul Y are secvența:
deci după tratamentul cu aceeași enzimă obținem o bucată care va avea 51 de litere.
Astfel, constatăm că există o diferență între soiurile X și Y, chiar și fără a fi nevoie să le secvențăm pe toate.
O altă abordare, pe care am explicat-o puțin în blogul anterior, este metoda PCR. Anumiți primeri sunt atașați la ADN-ul plantei, adică secțiuni scurte de ADN (aproximativ 10 litere), care în acest caz au astfel de secvențe generale, deci putem fi siguri că se vor lipi de o parte a genomului și nu avem nevoie pentru a cunoaște secvența exactă a genomului. PCR se bazează pe faptul că, datorită ciclurilor repetate de creștere și scădere a temperaturii, se înmulțește doar secțiunea de ADN care se află exact între perechea de grund. Din nou, primim doar informații despre anumite fragmente ale genomului, dar asta ne este suficient pentru a obține o imagine ca o amprentă a unui soi dat.
Oricare ar fi metoda pe care o folosim, ea se termină în continuare prin aplicarea ADN-ului pe un gel de agaroză într-o așa-numită tavă de electroforeză, unde ADN-ul încărcat negativ este deplasat de la negativ la polul pozitiv prin acțiunea unui curent electric. În același timp, bucăți de ADN mai scurte se mișcă mai repede. Dacă adăugăm un colorant fluorescent special la ADN, putem vedea sub lumina UV cum sa dovedit totul. Vom vedea ce soi are o piesă mai lungă sau mai scurtă și care piesă lipsește. Iată un exemplu pe care l-am găsit pe internet.
Oamenii de știință ghicesc întotdeauna care dintre metodele RFLP, AFLP sau RAPD este cea mai bună pentru identificarea soiurilor. Viitorul este cu siguranță secvențierea genomelor întregi ale plantelor. Ar fi ideal dacă am putea face acest lucru la fel de rapid și eficient în viitor, pe cât putem acum să asamblăm genomul bacteriilor. De exemplu, un astfel de genom de grâu are aproximativ 17.000.000.000 de litere, adică de 5 ori mai mult decât un om. Unele bacterii comune au doar 4 milioane de litere.
Personal, nu-mi place foarte mult să mă uit la machiajul genetic al plantelor sub formă de bucăți de ADN, dar prefer o viziune globală. Deoarece nu este posibil să se obțină întregul genom al unui soi dat, putem lucra și cu proteine. Aș vrea doar să vă reamintesc că ADN-ul este un model pentru producerea ARN-ului și ARN-ul este un model pentru producerea aminoacizilor care alcătuiesc proteinele. Desigur, în timpul vieții plantei și în fiecare parte a plantei, se folosește o parte diferită a ADN-ului. Dar când începem să lucrăm cu semințe, teoretic avem tot materialul genetic redus la dimensiunea unei semințe. Deoarece sămânța poate fi descrisă ca un punct 0 în viața plantei, în care planta nu face încă nimic, iar acest lucru poate fi aplicat tuturor soiurilor studiate, le putem compara în mod satisfăcător.
Funcționează similar cu ADN-ul. Proteinele se pot deplasa, de asemenea, într-un câmp electric și se pot împărți la dimensiune. Gelul în care se mișcă nu este totuși din agar, ci din substanțe chimice destul de periculoase. Când experimentul s-a terminat, trebuie să vopsim întregul gel cu un colorant albastru, care durează câteva ore și apoi să decolorăm. În cele din urmă, obținem benzi, care sunt proteinele noastre împărțite la dimensiune și putem compara ce soi are o anumită bandă și care nu, și care este grosimea. Uneori există o mulțime de benzi, ceea ce înrăutățește identificarea. Proteinele pe care le-am obținut din semințe întregi au proprietăți diferite. Unele sunt dizolvate în apă, altele într-o anumită soluție de alcool. Dacă le împărțim în funcție de solubilitate și apoi le aplicăm separat pe gel, obținem un număr mai mic de benzi și, astfel, o imagine mai bună a diferențelor dintre soiuri. În imaginea următoare, observați pentru dvs. că este clar în partea dreaptă a gelului că unele benzi groase sunt mai mici decât altele.
Tehnica de astăzi progresează, astfel încât întregul proces de preparare a unui gel periculos (imaginea din stânga) și colorarea și decolorarea acestuia, care durează aproximativ 2-3 zile, pot fi realizate într-o jumătate de oră pe un cip mic (imagine în mijloc). Acest cip este ca o mică electroforeză și probele sunt aplicate pe el prin găuri mici. Și obținem întregul rezultat în formă digitală (dreapta). Acest lucru ne va permite să cunoaștem dimensiunea proteinei și chiar concentrația acesteia.
Am combinat aceste două date într-un calcul matematic al similitudinii și o astfel de identificare a amarantului a fost publicată în cele din urmă în Journal of Cereal Science. Cu toate acestea, doar un rezumat este disponibil publicului, dar dacă doriți să aflați mai multe despre colecțiile de amarant din Praga, faceți clic pe cartea electronică Diversitatea genetică în plante, unde avem un capitol.