Redakcja BBC Future pisze o roślinie, która na pierwszy rzut oka nie różniła się od znanych nam pomidorów. Marta Zaraska wzięła pod lupę odmianę pomidora wyhodowaną w 2018 roku na Uniwersytecie Minnesoty: wydłużone liście i małe czerwone owoce były charakterystyczne dla dzikiego gatunku pomidora pochodzącego z Peru i Ekwadoru o nazwie Solanum pimpinellifolium, znanego również jako pomidor Red Currant – odmiana porzeczkowa. Był to jednak pomidor wyjątkowy. Jak pisze Zaraska, ta konkretna roślina była bardziej zwarta – miała mniej gałęzi, ale więcej owoców niż dziki pomidor. Jej owoce były również nieco ciemniejsze niż zwykle, co było oznaką zwiększonej zawartości likopenu – przeciwutleniacza związanego z niższym ryzykiem zachorowania na raka i choroby serca. Pomidor został zaprojektowany tak, by osiągnąć powyższe cechy.
Roślina została stworzona przez genetyka Tomasa Cermaka i jego współpracowników przy użyciu edycji genów Crispr, technologii nagrodzonej Nagrodą Nobla, która działa jak narzędzie „wytnij i wklej” dla materiału genetycznego. Technika ta rewolucjonizuje obecnie rolnictwo i pomaga w tworzeniu upraw przyszłości. Ambicją Cermaka jest stworzenie pomidora, który byłby łatwy w uprawie, pożywny i smaczny, a jednocześnie lepiej przystosowany do zmieniającego się klimatu. „Idealna roślina byłaby odporna na wszelkie formy stresu - ciepło, zimno, sól i suszę, a także na szkodniki” – tłumaczy.
Klimat nie dla pomidorów
Zmiany klimatyczne to kłopoty dla wielu upraw, a pomidory nie są tu wyjątkiem. Pomidory nie lubią upałów, najlepiej rosną w temperaturze od 18°C do 25°C. Badanie przeprowadzone w 2020 roku wykazało, że do połowy XXI wieku nawet 66 proc. gruntów w Kalifornii, które w przeszłości były wykorzystywane pod uprawę pomidorów, może odnotowywać temperatury wyższe niż te odpowiednie dla uprawy. Inne badania sugerują, że do 2050 roku duże połacie ziemi w Brazylii, Afryce Subsaharyjskiej, Indiach i Indonezji również nie będą już miały optymalnego klimatu dla uprawy pomidorów.
Wraz ze wzrostem średnich temperatur inne, wcześniej zbyt chłodne regiony, mogą stać się przyjazne dla pomidorów. Jednak obserwacje prowadzone we Włoszech pokazują, że ekstremalne warunki pogodowe to kolejny problem. Sezon wegetacyjny 2019 w północnych Włoszech był naznaczony gradem, silnymi wiatrami, niezwykle wysokimi opadami deszczu oraz wyjątkowymi mrozami i upałami. W efekcie zbiory były słabe, a pomidory – mizerne.
To nie wszystko. Niedobór wody, który zmusza rolników do korzystania z gorszej jakości wody do nawadniania, często zawierającej sól, prowadzi do wzrostu zasolenia gleby, co nie służy komercyjnym odmianom pomidorów. Z kolei wyższy poziom ozonu sprawia, że pomidory są bardziej podatne na choroby, takie jak bakteryjna plamistość liści.
Pomidory obecnie są najczęściej uprawianą rośliną ogrodniczą na świecie. Ludzkość produkuje 182 miliony ton tych owoców rocznie, co odpowiada wadze prawie 32 Wielkich Piramid w Gizie. Co więcej, nasz apetyt na pomidory rośnie w szybkim tempie. W ciągu ostatnich 15 lat światowa produkcja pomidorów wzrosła o ponad 30 proc.
Crispr w służbie rolnictwa
Oprócz tego, że pomidory są ulubionym owocem ludzkości, stanowią również modelową roślinę uprawną: są szybkie w uprawie, łatwe w hodowli i stosunkowo proste do manipulowania na poziomie genetycznym. „Na badania naukowe nad pomidorami przeznacza się więcej środków niż na inne gatunki roślin, dzięki czemu możliwe jest opracowanie takich zasobów jak sekwencje genomowe, inżynieria genetyczna i edycja genów dla pomidora” – mówi Joyce Van Eck, genetyk roślin z Uniwersytetu Cornella w Nowym Jorku. Wszystko to sprawia, że pomidory są idealne do badań nad nowymi technologiami edycji genów, takimi jak Crispr, które w niedalekiej przyszłości mogą przynieść nam wiele roślin przystosowanych do warunków klimatycznych.
Po zidentyfikowaniu genów adaptujących się do warunków klimatycznych, takich jak te, mogą być one ukierunkowane za pomocą Crispr w celu usunięcia niektórych niepożądanych genów, dostrojenia innych lub wstawienia nowych. Crispr, stosowany w roślinach od 2013 roku, pozwala badaczom modyfikować genom z niezwykłą precyzją i dokładnością, by uzyskać pożądane cechy. Można wstawiać geny, usuwać je i tworzyć ukierunkowane mutacje. Crispr jest wykorzystywany do badań nad modelami chorób ludzkich, do ulepszania zwierząt hodowlanych, a nawet może być potencjalnie użyty do wskrzeszania wymarłych gatunków. W roślinach może pomóc w tworzeniu lepszych, smaczniejszych, bardziej odżywczych i bardziej odpornych upraw.
Udomowienie upraw, w tym pomidorów, doprowadziło do ogromnej utraty różnorodności genetycznej. Tylko cztery wysoce zhomogenizowane uprawy – soja, ryż, pszenica i kukurydza – dominują w globalnym rolnictwie, zajmując ponad połowę wszystkich światowych gruntów rolnych. W przeciwieństwie do nich, ich dzicy kuzyni (jak również tradycyjne odmiany przystosowane do konkretnych miejsc) są skarbnicą różnorodności genetycznej. Dlatego też naukowcy przeszukują obecnie tę pulę genetyczną w celu zidentyfikowania cech, które można ponownie wprowadzić do roślin użytkowych. Po zidentyfikowaniu takich genów, można je ukierunkować za pomocą Crispr, aby usunąć niektóre niepożądane geny, dostroić inne lub wprowadzić nowe. Ostatnio udało się tego dokonać w przypadku tolerancji na sól, odporności na różne patogeny pomidora, a nawet w celu stworzenia karłowatych roślin, które mogłyby wytrzymać silne wiatry (kolejny efekt uboczny zmian klimatycznych). Jednak naukowcy tacy jak Cermak idą jeszcze dalej i zaczynają od korzeni – używają Crispr do udomowienia dzikich gatunków roślin od podstaw, „de novo” w języku naukowym. W ciągu jednego pokolenia mogą osiągnąć nie tylko to, co wcześniej zajmowało tysiące lat, ale także z dużo większą precyzją.
Udomowienie de novo odmiany Solanum pimpinellifolium było sposobem, w jaki Cermak i jego koledzy z Uniwersytetu Minnesoty stworzyli pomidora w 2018 roku. Nowa roślina miała większe owoce niż jej dziki pierwowzór. Wciąż jednak nie był to idealny pomidor, do którego uzyskania dąży naukowiec. „Dodając dodatkowe geny, moglibyśmy sprawić, że owoce będą jeszcze większe i bardziej obfite, zwiększyć ilość cukru, aby poprawić smak, a także stężenie przeciwutleniaczy, witaminy C i innych składników odżywczych” – mówi Cermak.
Zielona rewolucja na talerzu
Udomowienie de novo mogłoby również zwiększyć atrakcyjność „upraw sierocych”. Są to rośliny, które są uprawiane na ograniczoną skalę, ale mają ogromny potencjał, aby pomóc w zapewnieniu bezpieczeństwa żywnościowego. Jagoda kamczacka, dzika kuzynka pomidora, jest jedną z takich roślin, którą niedawno udomowiono przy użyciu technologii Crispr. W niedalekiej przyszłości, udomowienie de novo mogłoby przynieść takie uprawy jak wspięga wężowata, sorgo i teff – zboża pochodzące z Afryki – dla znacznie szerszego grona odbiorców na całym świecie. Crispr jest również obecnie używany do ulepszania różnych innych roślin, od bananów i winogron po ryż i ogórki.
Niektórzy naukowcy uważają, że Crispr oznacza początek drugiej zielonej rewolucji, która pomoże wyżywić szybko rosnącą populację ludzi. Jednak nadal istnieją techniczne przeszkody, które należy rozwiązać. Problemem są np. regulacje prawne i akceptacja społeczna. Rośliny modyfikowane metodą Crispr mogą być „wolne od transgenów” – co oznacza, że w przeciwieństwie do tradycyjnych upraw genetycznie modyfikowanych (GM), te tworzone przy pomocy technologii Crispr nie zawierają DNA pochodzącego z innego gatunku (czyli transgenicznego).
Jednak nieliczne istniejące badania dotyczące akceptacji produktów żywnościowych z kodem Crispr pokazują niejednorodny obraz. W ogólnokrajowym badaniu przeprowadzonym w USA, Kanadzie, Belgii, Francji i Australii ludzie podobnie postrzegali żywność modyfikowaną przy użyciu Crispr i żywność zmodyfikowaną genetycznie. Jednak w badaniu przeprowadzonym w 2020 r. w Kanadzie konsumenci byli bardziej skłonni zaakceptować żywność modyfikowaną metodą Crispr.
