Климатске промене се не манифестују само као промена просечних временских услова, већ и као промена учесталости и интензитета екстремних догађаја. Опште је познато да су климатске промене актуелне и да утичу на цео свет. Чешће и интензивније суше, олује, топлотни таласи, пораст нивоа мора, топљење глечера и загревање океана могу директно да нашкоде живим бићима, уништавајући њихова станишта и реметећи њихове основне животне функције.
Суша угрожава многе екосистеме, као и пољопривредне површине. Научници широм света улажу напоре да пронађу начин на који ће биљке адаптирати на климатске промене јер у супротном неће бити пољопривреде, а самим тим ни нас, кao ни многих других живих бића.
Суша, као једна од најчешћих последица климатских промена данашњице, одликује се недостатком падавина током дужег временског периода који је најчешће проузрокован порастом температура и смањеним количинама и учесталошћу падавина.
Преовлађујући став у науци је да у овом тренутку не постоје адекватна решења којима се може утицати на проблем суше. Успостављање наводњавања је потенцијално решење за прилагођавање на климатске промене, као и за ублажавање топлотног и водног стреса код биљака али овом методом долази до великог губитка воде.
У просеку, на фарме широм света отпада 70% од укупне воде која се троши годишње. Од тих 70% које користе пољопривредници, 40% се губи због лоших система за наводњавање и уопште лошег управљања водом. У многим неразвијеним земљама ово је скупо решење које изазива скупе последице и треба га комбиновати са другим решењима. Из тог разлога се ради на проналаску решења којима се утиче на могућност самих биљака да преживе сушне услове.
Једно од потенцијалних решења за проблеме који су учестали током последњих генерација je генетичка модификација биљних сојева којом се поспешује њихова отпорност на сушу. Oвиме се се смањује проценат биљака које се морају одстранити као отпад. Током периода тешке суше постоји могућност великих губитака, што у крајњем случају потенцијално може довести и до потпуног пропадања усева.
У генетичком инжењерингу, модификације су процес за који је неопходно постојање знањa о структури других организама, најчешће бактерија или вируса. Карактеристике свих живих организама су одређене њиховом генетичком структуром и интеракцијама са околином. ДНК је носилац генетичке информације код готово свих организама, а укупна ДНК у ћелијама неке врсте чини њен геном. Геном садржи гене, регионе ДНК који могу носити упутства за прављење протеина. Управо ови протеини дају биљци своје карактеристике. На пример, боју цвећа одређују гени који носе упутства за синтезу протеина укључених у производњу пигмената који боје латице.
Генетичка модификација биљака укључује додавање специфичних гена у геном неког организма, дајући му нове или другачије карактеристике. То може укључивати промену начина на који биљка расте или је учинити отпорном на одређену болест или стрес.
Genuity® DroughtGard™ кукуруз је први комерцијално доступан генетички модификовани усев са способношћу толеранције на сушу. Многобројне научне студије су утврдиле његову ефективност и исти се комерцијално користи од 2013. године. Наведени кукуруз садржи у себи cold shock protein протеин (CsbP) који је изолован из бактерије Bacillus subtilis. Овај протеин омогућава брже прилагођавање на стресне околности као што је недостатак воде током сушних периода. Оваква ГМ биљка је више резистентна на сушу и има могућност бржег опоравка него до сада коришћене биљке. Повећавањем могућности прилагођавања на стрес омогућава се усевима да у току вегетативног периода задрже више воде, чувајући је за сопствени будући раст.
Генетичке модификације такође су урађене на усевима из рода Arabidopsis где се изазивањем промена у кутикули (заштитном слоју који прекрива епидермис листа) могу постићи слични ефекти. Повећањем BR рецептора задужених за регулисање различитих развојних и еколошких реакција на стрес у васкуларним ткивима повећава се отпорност на сушу без негативног утицаја на раст. Такође, студије су показале да прекомерна експресија BR рецептора која се може постићи генетичком модификацијом, може спречити заустављање раста током суше. Код биљке Nicotiana tabacum (дуван), отпорнoст на сушу омогућена је утицајем на експресију гена задужених за контролу затварања пора у листовима (стома). Такође, генетичке модификације су рађене и на другим комерцијалним сојевима попут Triticum aestivum L. (пшеница) и Glycine max (соја).
Упркос страху да генетичке модификације могу изазвати проблеме као што су генетичке мутације, многе студије су утврдиле безбедност оваквих метода. Научници су заузели став да не постоје разлози због којих би требало да се престане са истраживањем метода којима се утиче на отпорност биљака на стрес, односно да би проучавање наведених метода требало проширити на још већи спектар усева потребних за исхрану људске популације.
Наведено треба посебно имати у виду јер се повећавањем степена толеранције биљака на сушу, салинитет, високу температуру и другe врстe стреса, смањује потреба за даљим деградирањем нових површина из разлога што ће се већ постојеће површине знатно ефикасније користити, а чиме пољопривреда као таква остаје у кораку са све већом потражњом хране на глобалном нивоу.
Извори:
- Su Jung Park, Kyung Jin Kwak, Tae Rin Oh, Yeon Ok Kim, Hunseung Kang, Cold Shock Domain Proteins Affect Seed Germination and Growth of Arabidopsis thaliana Under Abiotic Stress Conditions, Plant and Cell Physiology, Volume 50, Issue 4, April 2009, Pages 869–878, https://doi.org/10.1093/pcp/pcp037
- Yu, TF., Xu, ZS., Guo, JK. et al. Improved drought tolerance in wheat plants overexpressing a synthetic bacterial cold shock protein gene SeCspA. Sci Rep 7, 44050 (2017). https://doi.org/10.1038/srep44050
- Khan S, Anwar S, Yu S, Sun M, Yang Z, Gao Z 2019: Development of Drought-Tolerant Transgenic Wheat: Achievements and Limitations. IJMS, 20, 3350. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6651533/
- Fàbregas N, Lozano-Elena F, Blasco-Escámez D, Tohge T, Martínez-Andújar C, Albacete A, Osorio S, Bustamante M, Riechmann JL, Nomura T, Yokota T, Conesa A, Alfocea FP, Fernie AR, Caño-Delgado AI. Overexpression of the vascular brassinosteroid receptor BRL3 confers drought resistance without penalizing plant growth. Nat Commun. 2018 Nov 8;9(1):4680 doi: 10.1038/s41467-018-06861-3. PMID: 30409967; PMCID: PMC6224425.
- Liang C 2016: Genetically Modified Crops with Drought Tolerance: Achievements, Challenges, and Perspectives. In: Drought Stress Tolerance in Plants, Vol 2, Eds. Hossain MA, Wani SH, Bhattacharjee S, Burritt DJ, Tran L-SP, pp. 531–547. Springer International Publishing: Cham. http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-32423-4_19 (January, 2023).
- David W. Lawlor, Genetic engineering to improve plant performance under drought: physiological evaluation of achievements, limitations, and possibilities, Journal of Experimental Botany, Volume 64, Issue 1, January 2013, Pages 83–108. https://doi.org/10.1093/jxb/ers326
- M. Merlak, “Prirodni mehanizmi i genetičke modifikacije za otpornost biljaka na sušu”, Diplomski rad, Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet, Zagreb, 2020. Dostupno na: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:204:481381
- Balsom P 2020: Water Usage in Agricultural Industry.
