Degeneracja klonalna

W rzeczywistości mogą to być czynniki zewnętrzne, takie jak brak równowagi żywieniowej, infekcje chorobotwórcze czy stres środowiskowy. Dlatego też warto poznać dowody przeciwko tradycyjnemu poglądowi na degenerację klonów, aby rozważyć różne techniki ich ratowania. Procesy takie jak rewitalizacja roślin matecznych lub hodowla tkanek komórkowych mogą być skutecznym sposobem na zachowanie jakości ciężko wypracowanych fenotypów.

Degeneracja klonów może nie być spowodowana zmianami genetycznymi

Powszechnie przyjmuje się, że pogorszenie stanu klonów jest związane z degeneracją. Uważa się, że przyczyną tego pogorszenia są mutacje genów, które gromadzą się wraz z postępem cykli propagacji. Jednak wiele czynników podważa tę teorię. Na początku wyjaśnijmy jedną rzecz. Oczywiście sklonowane rośliny nie rozmnażają się płciowo, więc nie przechodzą mejozy (podziału komórek, który zachodzi podczas tworzenia komórek rozrodczych), więc nie mogą skończyć z nowymi chromosomami, tak jak ma to miejsce podczas rozmnażania płciowego. Jest wręcz odwrotnie: klonowanie jest rozmnażaniem bezpłciowym, poprzez rozmnażanie wegetatywne, co oznacza, że materiał genetyczny pozostaje niezmieniony w czasie. Pewne mutacje mogą jednak wystąpić w wyniku działania czynników środowiskowych. Może to obejmować na przykład ekspozycję na promieniowanie, ale częstotliwość takich mutacji jest niezwykle rzadka.

Jeśli mutacja nie jest odpowiedzialna za pogorszenie roślin matecznych, należy przyjrzeć się innym przyczynom, a takich czynników może być wiele. Po pierwsze, niedobór lub nadmiar składników odżywczych może mieć znaczący wpływ. Rzeczywiście, takie zaburzenia równowagi mogą powodować problemy fizjologiczne i potencjalnie wpływać na wzrost i produktywność roślin. Wynika to z faktu, że wiele składników odżywczych jest wykorzystywanych przez rośliny do obrony przed szkodnikami, chorobami i wirusami. Taki brak równowagi może osłabić ich układ odpornościowy i zmniejszyć ich zdolność do opierania się infekcjom chorobotwórczym. Wreszcie, czynniki stresu środowiskowego, takie jak ekstremalne temperatury, susza lub narażenie na zanieczyszczenia wpływające na roślinę mateczną, mogą również mieć wpływ na zdrowie przyszłych klonów. Niektóre z ostatnich badań próbowały również odkryć, czy czynniki takie jak wiek lub stabilność genetyczna (biorąc pod uwagę osobniki poliploidalne) mają wpływ na degenerację klonów. Jednak czynniki te, które wydają się być ważne dla rozmnażania płciowego, są mniej istotne dla rozmnażania klonalnego i miałyby bardzo niewielki wpływ na przyszłe klony. (Do clones degenerate over time? Explaining the genetic variability of asexuals through population genetic models. Janko, Drozd, Eisner, 2011).

Jednakże w przypadku upraw na dużą skalę, czynniki zewnętrzne wpływające na rośliny mateczne mogą mieć niezwykle istotny wpływ na zdrowie przyszłych plantacji. Jest to problem, dotykający bardzo często winnice, gdzie większość winorośli jest szczepiona. Na szczęście niektórzy hodowcy dbają o różnorodność ekspresji różnych gatunków winorośli. Tak więc, gdy widzą znaczną zmienność w obrębie odmiany winorośli Pinot noir itp. mogą zdecydować się na odzwierciedlenie tej różnorodności poprzez wyprodukowanie pewnej liczby klonów odzwierciedlających różnorodność genetyki. Różnorodność ta umożliwia lepsze poszanowanie charakteru każdej odmiany winorośli i ograniczenie ryzyka chorób lub strat spowodowanych wyjątkowymi warunkami.

Oczywiście, sklonowane populacje, które są do siebie podobne, mają mniejszą różnorodność genetyczną niż sadzonki i są potencjalnie bardziej podatne na nowe, wyjątkowe warunki klimatyczne i egzotyczne szkodniki. Jednak wykorzystanie różnorodności klonów może pomóc ograniczyć ten efekt. Niezbędne jest zatem zrozumienie wszystkich zagrożeń i mechanizmów związanych z degeneracją klonów, abyśmy mogli opracować bardziej skuteczne strategie utrzymania zdrowia i produktywności zróżnicowanej genetyki.

Techniki, które mogą być wykorzystane do ratowania odmian dotkniętych latami sukcesywnego klonowania:

Rewitalizacja

Ta mało znana technika, znana również jako regeneracja roślin matecznych, została niedawno zaprezentowana przez Scotta Blakeya (Shantibaba). Proces ten polega na regeneracji rośliny matecznej poprzez przeniesienie jej z jednorodnych warunków wewnętrznych na zewnątrz. Wystawiając ją na działanie naturalnego światła i pozwalając jej wytworzyć nowe sekcje, grower może pobrać z nich klony do przyszłego rozmnażania. Rośliny, które rosną wyłącznie indoor przy sztucznym oświetleniu, przy braku naturalnych wahań światła i temperatury, mogą ulegać długotrwałym zmianom w swojej fizycznej formie. Poprzez wystawienie wybranej rośliny na naturalne warunki oświetleniowe, może być możliwe zsynchronizowanie jej biorytmu ze zmianami sezonowymi zachodzącymi w naturalnym środowisku rośliny. Ta zmiana środowiska ma pomóc roślinie przywrócić zdrowie i wigor. Gdy wybrana roślina wytworzy nowe pędy, można je wykorzystać do stworzenia nowych klonów o takim samym dziedzictwie genetycznym jak oryginalna roślina. Takie podejście może być skutecznym sposobem na zachowanie określonego fenotypu przy jednoczesnym zmniejszeniu skutków degeneracji klonów w dłuższej perspektywie. Rewitalizacja roślin matecznych nie jest nową techniką. Jest ona stosowana od wielu lat przez growerów i hodowców w celu utrzymania zdrowia i produktywności ich kolekcji roślin matecznych. Chociaż jej skuteczność może się różnić w zależności od gatunku i warunków uprawy, jest ona ogólnie uważana za cenne narzędzie ochronne.

W przypadku drzew owocowych, gdy chcemy zachować odpowiedni plon, nie zaleca się pobierania sadzonek z drzew, które przekroczyły pewien wiek lub wykazują oznaki choroby. Ryzykuje się zmniejszonym wigorem, wirusami i licznymi chorobami w przyszłych nasadzeniach. Należy jednak pamiętać, że gdy drzewo szybko rośnie, choroba niekoniecznie wpływa na nowy wzrost. Wynika to z totipotencji komórek roślinnych, unikalnej zdolności, którą posiada natura i która jest bardzo przydatna w laboratoriach hodowli tkanek roślinnych. W uproszczeniu, totipotencja komórek roślinnych to zdolność komórek do powrotu do stanu niezróżnicowanego. Innymi słowy, stanu, w którym nie rozwinęły jeszcze wyspecjalizowanych funkcji (stając się przyszłym liściem, pędem lub korzeniem), ta wciąż niezróżnicowana komórka nazywana jest merystemem. Komórki te mają wówczas takie same właściwości jak komórki embrionalne, a zatem są wolne od wszelkich chorób i wirusów. Mogą zatem regenerować się w odpowiednich warunkach i stać się nową rośliną, identyczną pod każdym względem z oryginalną rośliną macierzystą.

IN VITRO

Dziesięć lat później, w 1949 r., P. Limasset i P. Cornuet, badacze z INRA, dokonali tego samego odkrycia na zainfekowanych wirusem roślinach tytoniu. W 1952 r. ich kolegom G. Morelowi i C. Martinowi, stosując hodowlę tkanek roślinnych, udało się uratować roślinę Dalii odmiany "le Rêve”, która została zainfekowana przez 3 wirusy. W ten sam sposób udało im się uratować odmianę ziemniaka "Belle de Fontenay" w 1954 roku. Techniki te były wielokrotnie wykorzystywane przez wielu badaczy w celu zachowania wielu odmian, takich jak wiśnia ptasia Prunus avium L. (Deogratias, Lutz, Dosba, 1986). Obecnie kultura tkankowa znalazła ważne miejsce w uprawie bananów, manioku i trzciny cukrowej, ze względu na wysoką podatność tych roślin na choroby.

Chociaż wymagane są rygorystyczne warunki sanitarne, zasada stojąca za kulturą in vitro jest stosunkowo łatwa do zastosowania w praktyce: niewielki kawałek tkanki roślinnej zawierający merystem, który ma zostać sklonowany, jest pobierany i dezynfekowany, aby podłoże hodowlane było całkowicie zdrowe. Następnie umieszcza się go na sterylnym podłożu np. środku żelującym, takim jak agar-agar, aby nadać pożywce twardą teksturę. Żeby stymulować wzrost komórek i regenerację roślin, pożywka musi zawierać składniki odżywcze wymagane do wzrostu komórek roślinnych: cukier, witaminy, a także hormony roślinne, takie jak cytokinina i auksyna.. Komórki roślinne w merystemie będą się namnażać i różnicować, aż utworzą nowe rośliny. Uzyskane nowe klony, które są genetycznie identyczne z rośliną macierzystą, ale wolne od jakichkolwiek chorób czy wirusów, wymagają dodatkowego etapu aklimatyzacji, zanim będą mogły zostać przeszczepione.

Degeneracja klonów jest zatem złożonym zjawiskiem, które wciąż nie jest w pełni zrozumiałe i na które może wpływać wiele różnych czynników. Chociaż nie jest to równoznaczne z modyfikacją genetyczną, może prowadzić do zmniejszenia produktywności i wigoru, a także narażać na różne choroby. Na szczęście istnieje wiele technik, które hodowcy mogą wykorzystać do utrzymania zdrowia i różnorodności genetycznej swoich cennych genów. Niezbędne jest zatem zachowanie niektórych fenotypów za pomocą technik ochrony, ale także kontynuowanie potomstwa tych osobników w celu stworzenia nowej genetyki, która będzie w stanie dostosować się do zmieniających się warunków w przyszłości.

Przeczytaj na Soft Secrets także o:

Różnorodność roślin ma znaczenie. Jak powstrzymać erozję genetyczną?

Trichomy fabrykami biopestycydów

Antocyjany lekarstwem na wiroid chmielu?