Naukowcy z Narodowego Instytutu Biologii (NIB) w Lublanie, we współpracy z partnerami z Uniwersytetu w Poczdamie oraz Instytutu Maxa Plancka Fizjologii Roślin Molekularnych, stworzyli potato-GEM – pierwszy kompleksowy genomowy model metaboliczny ziemniaków.
To innowacyjne narzędzie ma na celu wsparcie w opracowywaniu odmian ziemniaków, które będą bardziej odporne na szkodniki i zmiany klimatyczne, a także zwiększenie plonów. Ziemniak, jako jedno z najważniejszych światowych źródeł pożywienia, stoi w obliczu rosnących wyzwań. Globalna populacja stale rośnie, a zmieniające się warunki środowiskowe prowadzą do znaczących strat w uprawach, szacowanych na miliardy euro rocznie. Wśród licznych zagrożeń, stonka ziemniaczana stanowi poważne wyzwanie, mogąc powodować straty plonów sięgające nawet 80%.
Kiedy rośliny są atakowane przez szkodniki lub choroby, spowalniają swój wzrost, aby skierować zasoby molekularne na mechanizmy obronne. Z drugiej strony, odmiany o szybkim tempie wzrostu są często bardziej podatne na ataki szkodników i patogenów. Zespół badawczy opracował potato-GEM, który jest pierwszym tak obszernym modelem metabolicznym, obejmującym cały znany metabolizm wtórny ziemniaków. Model ten, oparty na danych genomowych, pozwala na analizę złożonych zależności między wzrostem a mechanizmami obronnymi roślin.
Jak podkreśla Jan Zrimec, badacz z NIB, „kompleksowa rekonstrukcja metabolizmu, jaką jest potato-GEM, obejmuje cały znany metabolizm wtórny tej ważnej rośliny uprawnej”. Kristina Gruden, szefowa grupy badawczej w NIB, dodaje, że „zrozumienie molekularnych mechanizmów reakcji roślin na stres może usprawnić strategie hodowlane i pomóc w projektowaniu odmian ziemniaków o większej odporności na stres, wyższych plonach i lepszej jakości”.
Model potato-GEM umożliwia identyfikację wąskich gardeł metabolicznych, gdzie wysiłki związane ze wzrostem i obroną wchodzą w konflikt, a także projektowanie strategii hodowlanych lub modyfikację genów metabolicznych w celu optymalizacji plonów bez poświęcania naturalnych mechanizmów obronnych. Pozwala on również na testowanie „wirtualnych” zmian genetycznych przed zaangażowaniem się w wieloletnie próby hodowlane.
Badania nad odpornością roślin na czynniki stresowe są kluczowe w kontekście zmian klimatycznych. Naukowcy z Międzynarodowego Centrum Ziemniaka (CIP) pracują nad odmianami ziemniaków odpornymi na wysokie temperatury i zmienne opady. Rozwój narzędzi takich jak potato-GEM stanowi znaczący krok naprzód w rolnictwie, oferując naukową podstawę do tworzenia nowej generacji odmian ziemniaków, które będą w stanie prosperować w trudnych warunkach, zapewniając stabilność dostaw żywności dla rosnącej populacji świata.