ADN-ul porumbului românesc criptează povești vechi de secole

Porumbul a fost domesticit acum ~ 9.000 de ani în regiunea Rio Balsas din Mexic. Domesticirea a constat în selectarea de către om a plantelor care produceau mai puțini știuleți (dar mai mari) și erau mai puțin ramificate. Ambele modificări au la bază mutații în două gene din genomul porumbului numite teosinte branched1 (tb1) – responsabilă de reducerea gradului de ramificare –  și respectiv teosinte glume architecture1 (tga1) – responsabilă pentru schimbarea structurii bobului, dintr-unul pietros, greu digerabil, în bobul actual.

Porumbul modern, domesticit, s-a răspândit rapid în toată lumea, fiind introdus în Europa de către Cristofor Columb la sfârșit de sec. XV.

Povestea porumbului românesc este veche de câteva secole, fiind începută în sec. al XVII-lea. În tot acest interval el a suferit modificări la nivelul genomului și a trecut prin zeci și sute de cicluri de selecție pe care omul le-a făcut pentru a avea porumbul dorit, fie pentru a i se coace cât mai repede, fie pentru a avea producție mare, fie pentru culoarea portocalie a mălaiului, fie pentru a crește în zona montană etc.

Relativ recent biologia moleculară a început să joace un rol hotărâtor în programele de ameliorare pentru porumb. Într-un proiect de cercetare pe care-l voi implementa împreună cu colaboratorii mei începând cu acest an vom descifra informația criptată la nivelul ADN-ului la 2.000 de linii de porumb pentru a-i înțelege povestea: cum a ajuns pe teritoriul țării noastre, cum se înrudește cu „familiile” internaționale și ce-i conferă unicitatea. Informația obținută este similară unei colecții de amprente digitale. Cu alte cuvinte, vom investiga genomul a 2.000 de linii de porumb în 8.000.000 de locuri. Este ca și cum ai amprenta un om la cele 5 degete ale mâinii, dar noi vom amprenta 8 milioane de „degete” pentru fiecare din cele 2.000 de linii.

În prezent, atât în România, cât și în lume mai sunt foarte puține locuri unde porumbul este cultivat în starea lui „sălbatică”, adică sub formă de soiuri sau populații locale care se încrucișează liber. În România, spre exemplu, acesta mai persistă în puține sate din regiuni precum Bucovina, izvoarele Mureșului, sau Valea Izei. În general, locul lor este luat de hibrizi, care provin din încrucișarea a doi părinți care la nivelul genomului sunt homozigoți (sau consangvinizați). Consangvinizarea se poate realiza la porumb prin auto încrucișare timp de 10  generații. Cu alte cuvinte, când planta produce polen acesta este colectat și folosit pentru polenizarea știuletelui de pe același individ. Din știuletele rezultat se seamănă câteva boabe, iar plantele rezultate sunt de asemenea autopolenizate. După 10 astfel de cicluri planta rezultată este consangvinizată. Astfel, este permanentizat în genom un set distinct de gene care face respectiva linie unică. Spre exemplu, primul genom de porumb complet secvențializat (în 2009) este reprezentat de linia B73, originară în SUA, orice altă linie din lume fiind diferită de aceasta cu până la 2% din întregul genom.

Cel mai de succes hibrid, și printre primii care au apărut în cadrul agriculturii de tip intensiv, a fost cel rezultat din încrucișarea liniei B73 cu Mo17 (linie nord-americană, de asemenea). În goana aceasta pentru obținerea celui mai bun hibrid amelioratorii genetici au avut tendința să reducă din ce în ce mai mult baza de selecție a liniilor consangvinizate „utile”. Astfel, la nivel mondial ne confruntăm în prezent cu o reducere drastică a diversității genetice a acestei specii, Zea mays ssp. mays.

Țări precum România au un mare potențial pentru ameliorarea porumbului în viitor, având un „rezervor genetic” pe măsură. Programele de ameliorare începute în țara noastră în anii ‘50-‘60 s-au concretizat prin apariția Institutelor și Stațiunilor de Cercetare-Dezvoltare Agricolă de la Turda, Fundulea, Lovrin, Șimnic sau Podul Iloaiei. Acestea au colectat și folosit în programele proprii de ameliorare mii de linii de porumb de pe tot cuprinsul țării. Astfel că în prezent avem în România cel puțin 2.000 de linii de porumb consangvinizate, cu potențial în crearea de noi hibrizi.

Potențialul acestor linii rămâne însă criptat la nivelul ADN-ului, genealogia lor fiind de multe ori uitată în negura timpurilor. Totuși, amelioratorii genetici se bazează pe trăsăturile fenotipice vizibile ale acestora și prin încrucișări empirice generează noi hibrizi. Dar puterea de predicție le este limitată. Înțelegerea substratului genetic al liniilor pe care le folosesc este de un real folos, iar pentru acest lucru avem în prezent tehnici de laborator care permit amprentarea liniilor folosind markeri moleculari (aceștia sunt regiuni din ADN-ul plantei care o fac distinctă de restul, similar amprentelor umane).

În 2012 am început un astfel de studiu pilot împreună cu colaboratorii de la SCDA Turda, analizând cu ajutorul a 80 de markeri moleculari 90 de linii consangvinizate de porumb. În prezent dezvoltăm colaborarea prin includerea unui număr adițional de 250 de linii. În proiectul pe care îl vom începe în acest an vom include întreaga germoplasmă a României, adică toate liniile consangvinizate disponibile la nivel național, precum și cele din Republica Moldova, istoria porumbului fiind de asemenea comună celor două țări. Am menționat mai sus numărul de markeri moleculari folosiți pentru amprentarea liniilor în 2012 pentru a vedea avansul tehnologic fantastic care are loc în știință. Studiul pe care îl vom demara anul acesta va include 8.000.000 de markeri.

Am făcut un tur al institutelor și stațiunilor agricole care dețin în prezent cele mai mult de 2.000 de linii consangvinizate, pentru a pune bazele colaborării ulterioare.

Primul stop l-am făcut la Banca de Resurse Genetice Vegetale Suceava. Aici sunt depozitate aprox. 1.300 de linii consangvinizate de porumb, alături de multe alte specii de plante.

 

Apoi am poposit la Institutul de Fitotehnie Porumbeni (Rep. Moldova), unde se lucrează cu mai bine de 500 de linii consangvinizate. La Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare Agricolă Fundulea am găsit peste 1.000 de linii (o parte fiind stocate și în Suceava). La acestea se mai adaugă alte câteva sute de la SCDA Șimnic, SCDA Lovrin și evident partenerul tradițional deja, SCDA Turda.

M-am bucurat să văd că toți cei cu are am discutat în acest periplu de mai bine de 2.000 de km au fost dornici de colaborare și pun la dispoziție materialul necesar studiului. Impactul acestui studiu are atât aspecte aplicative cât și de cercetare fundamentală.

Impactul aplicativ este dat de faptul că prin înțelegerea substratului genetic al celor 2.000 de linii vom fi în măsură să facem predicții cu privire la liniile care merită încrucișate pentru obținerea de hibrizi noi. Predicțiile vor urmări nu doar obținerea de hibrizi superiori în privința productivității, ci și a altor trăsături calitative, precum conținutul ridicat de fibre, grăsimi sau aminoacizi esențiali din bobul de porumb. În prezent, presiunea companiilor internaționale producătoare de semințe este foarte mare, acestea promovându-și intens hibrizii proprii. Credem că prin proiectul nostru vom aduce la lumină linii cu origini în populațiile locale, mult mai bine adaptate condițiilor de sol și climă din diferitele regiuni ale României. În imaginea alăturată se observă dispunerea stațiunilor și institutelor agricole care participă cu semințe în acest studiu. Cunoscând gradul de înrudire dintre liniile pe care le au la dispoziție, colaboratorii din acest proiect vor putea decide schemele de încrucișare optime pentru obținerea de noi hibrizi, pornind de la faptul demonstrat științific că două linii, cu cât sunt mai îndepărtate genetic, cu atât e mai probabil să genereze un hibrid superior.

Prin colaborările active pe care le am cu foști colegi de laborator din SUA, și prieteni în același timp,  care s-au reîntors în China după terminarea studiilor peste ocean vom fi în măsură să comparăm cele 2.000 de linii românești cu cele 3.000 pe care ei le-au analizat deja și să combinăm ulterior materialul cu potențial în generarea de noi hibrizi în cele două țări.

Aspectul de cercetare fundamentală pe care îl vom urmări în cadrul proiectului ține de stabilirea rutei pe care porumbul a pătruns în România. Pentru aceasta vom include în studiu mai multe linii internaționale (inclusiv cele de la partenerii chinezi), urmărind gradul de înrudire cu acestea. Odată stabilit grupul de linii specifice pentru România (sau extrapolând la nivelul Balcanilor), vom secvențializa două sau trei lini aparținând acestuia, pentru a explica și mai bine la nivel de genom ce le conferă unicitatea în raport cu standardele internaționale.


În concluzie, folosind tehnici de biologie moleculară de ultimă oră vom investiga/amprenta genomul a 2.000 de linii românești de porumb cu scopul de a ajuta programele de ameliorare existente la Institutele și Stațiunile Agricole participante în proiect, prin gruparea materialului studiat în „familii”. Prin încrucișări ulterioare între membrii diferitelor „familii”, îndepărtate genetic, se vor putea obține hibrizi noi, superiori atât cantitativ dar mai ales calitativ. În același timp vom analiza ce conferă unicitate fondului genetic al porumbului românesc și ruta probabilă pe care acesta a pătruns în țară, inclusiv prin secvențializarea câtorva linii reprezentative.

1 comentariu la „ADN-ul porumbului românesc criptează povești vechi de secole”

  1. un proiect f interesant
    Mi-aduc aminte in secolul trecut prof Acatrinei deadea un 10 la fiziologie daca aduceam din Bucovina un porum rosu un soi negru cu bob mic si des…

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Solve : *
21 − 17 =