Επιστήμονες στην Κίνα έκαναν μια σπουδαία ανακάλυψη που μπορεί να αλλάξει τον χάρτη της παγκόσμιας γεωργίας. Δημιούργησαν ένα νέο, επαναστατικό υβριδικό ρύζι, το οποίο έχει την ικανότητα να αναπαράγεται μέσω σπόρων που είναι πιστά “κλωνοποιημένα”. Αυτό σημαίνει ότι τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης διατηρούνται αψεγάδιαστα από γενιά σε γενιά.
Η ομάδα των ερευνητών πιστεύει ότι αυτή η καινοτομία θα φέρει επανάσταση στην παγκόσμια αγροτική παραγωγή. Ο λόγος; Ξεπερνά το μεγαλύτερο εμπόδιο στην παραγωγή υβριδικού ρυζιού: την ανάγκη των αγροτών να αγοράζουν κάθε χρόνο ακριβούς, νέους υβριδικούς σπόρους.
Σε έναν κόσμο όπου εκατομμύρια άνθρωποι υποφέρουν από οξεία επισιτιστική ανασφάλεια, το υβριδικό ρύζι είχε υποσχεθεί δραματικά υψηλότερες αποδόσεις. Μάλιστα, σε ορισμένες περιοχές της Αφρικής, οι αποδόσεις ήταν σχεδόν τετραπλάσιες σε σχέση με τις παραδοσιακές ποικιλίες.
Αν όλοι οι αγρότες ρυζιού μπορούσαν να φυτέψουν αυτή τη νέα υβριδική ποικιλία, η παγκόσμια παραγωγή ρυζιού θα μπορούσε να διπλασιαστεί, σύμφωνα με εκτιμήσεις του κλάδου.
Το πρόβλημα μέχρι τώρα ήταν το κόστος. Στην Κίνα, οι τιμές των υβριδικών σπόρων μπορεί να φτάσουν τα 200 γιουάν (περίπου 28 δολάρια) ανά κιλό, ενώ σε άλλες χώρες είναι ακόμη υψηλότερες – έως και 100 φορές ακριβότερες από τους απλούς σπόρους ρυζιού. Επιπλέον, τα “παιδιά” αυτών των ακριβών σπόρων έχαναν τη “ζωτικότητα” του υβριδίου – τα ανώτερα χαρακτηριστικά που προκύπτουν από τη διασταύρωση – αναγκάζοντας τους αγρότες να αγοράζουν νέους σπόρους κάθε χρόνο.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Wang Kejian, στο Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Ρυζιού της Κίνας, που ανήκει στην Κινεζική Ακαδημία Αγροτικών Επιστημών, ανέπτυξε υβριδικό ρύζι ικανό για σχεδόν τέλεια κλωνική αναπαραγωγή μέσω απoμίκτωσης. Πρόκειται για μια διαδικασία όπου οι σπόροι αναπτύσσονται χωρίς γονιμοποίηση.
Η εργασία της ομάδας, η οποία αναμένει την αξιολόγηση από ομοτίμους (peer review), δημοσιεύτηκε στον προδημοσιευτικό server bioRxiv στις 17 Οκτωβρίου, με τίτλο “Fixing Hybrid Rice: >99% Efficient Apomixis with Near-Normal Seed Set”. Η νέα τους σειρά, η Fix8, επιτυγχάνει πάνω από 99,7% αποτελεσματικότητα κλωνοποίησης, με ποσοστά δημιουργίας σπόρων που συγκρίνονται με τα συμβατικά υβρίδια. Ουσιαστικά, δημιουργεί “σούπερ ρύζι” που αυτο-αναπαράγεται.
Αυτό το “μονογραμμικό” σύστημα μειώνει το κόστος παραγωγής σπόρων έως και 99%, μειώνοντας ενδεχομένως τις τιμές από εκατοντάδες γιουάν ανά κιλό σε μόλις λίγα γιουάν, συγκρίσιμα με την τιμή του απλού ρυζιού.
“Αυτή ήταν η πρώτη εισαγωγή του χαρακτηριστικού της απoμίκτωσης στο υβριδικό ρύζι, μια εξέλιξη από το ‘0 στο 1’,” δήλωσε ο Wang στο China Science Daily στις 27 Δεκεμβρίου. “Μόλις εμπορευματοποιηθεί, το κόστος των υβριδικών σπόρων ρυζιού θα μπορούσε να πέσει από τα τρέχοντα 20 έως 100 γιουάν ανά jin (500 γραμμάρια) στο επίπεδο του συμβατικού ρυζιού, στα 2 έως 5 γιουάν ανά jin, προς όφελος άμεσα των αγροτών.”
Η Κίνα πρωτοπορεί στην υβριδική ρυζοκαλλιέργεια, διασταυρώνοντας δύο γενετικά διακριτές μητέρες για να επιτύχει σημαντικά υψηλότερες αποδόσεις. Δημιούργησε τις πρώτες εμπορικές ποικιλίες υψηλής απόδοσης και παραμένει ο μεγαλύτερος παραγωγός και καταναλωτής υβριδικού ρυζιού στον κόσμο. Ωστόσο, το υβριδικό ρύζι είναι πιο ακριβό για τους αγρότες, καθώς πρέπει να αγοράζουν νέους σπόρους μετά από κάθε συγκομιδή, σε αντίθεση με τις απλές ποικιλίες ρυζιού που μπορούν να αποθηκευτούν και να ξαναφυτευτούν.
Ο Wang, που είναι επικεφαλής επιστήμονας της ομάδας μηχανικής χρωμοσωμάτων και επεξεργασίας γονιδιώματος ρυζιού, εστιάζει εδώ και καιρό στην απoμίκτωση στο υβριδικό ρύζι. Στην αγροτική επιστήμη, η απoμίκτωση θεωρείται “Άγιο Δισκοπότηρο”. Αυτή η μέθοδος κλωνικής αναπαραγωγής μέσω σπόρων επιτρέπει στα ανώτερα χαρακτηριστικά ενός υβριδίου να “κλειδώνουν” και να μεταβιβάζονται επ’ αόριστον.
Το 2017, η ομάδα του Wang χρησιμοποίησε επεξεργασία γονιδίων για να απενεργοποιήσει τέσσερα γονίδια που εμπλέκονται στην αναπαραγωγή του ρυζιού, επιτρέποντας στο υβριδικό ρύζι να παρακάμπτει τη διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης της μείωσης και τη γονιμοποίηση. Τον Ιανουάριο του 2019, αυτά τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν ως άρθρο εξωφύλλου στο Nature Biotechnology, ανακοινώνοντας την πρώτη επιτυχή δημιουργία κλωνικών σπόρων υβριδικού ρυζιού.
Αυτό το επίτευγμα προκάλεσε ευρεία αναγνώριση. Ο αείμνηστος Yuan Longping, ο οποίος τιμάται ως ο “πατέρας του υβριδικού ρυζιού”, συνεχάρη την ομάδα, δηλώνοντας ότι η εργασία έδειξε “τη σκοπιμότητα της απoμίκτωσης στο υβριδικό ρύζι, σηματοδοτώντας μια σημαντική πρόοδο… Ελπίζω να δω συνεχείς προσπάθειες και την έγκαιρη εφαρμογή του μονογραμμικού υβριδικού ρυζιού στην παραγωγή”.
Ωστόσο, ο Wang δήλωσε στο China Science Daily: “Αυτή η αρχική στρατηγική αντιμετώπιζε ακόμη προβλήματα, όπως χαμηλά ποσοστά δημιουργίας σπόρων και επαγωγής”.
Στην τελευταία τους προδημοσίευση στο bioRxiv, η ομάδα του Wang αναφέρει ότι αντιμετώπισε πλήρως τα προβλήματα. Προσδιόρισαν και ονόμασαν ένα βασικό γονίδιο ρυζιού, το Huaxu, εμπνευσμένο από το κινεζικό μυθικό σύμβολο που συμβολίζει “γέννηση χωρίς πατέρα”. Μετέφεραν αυτό το γονίδιο στα ωάρια του ρυζιού, επιτρέποντας την ανάπτυξη εμβρύου χωρίς γονιμοποίηση. Σε συνδυασμό με μια τεχνική “κλωνικών γαμετών”, αυτό το σύστημα επιτυγχάνει σχεδόν 100% παραγωγή κλωνικών σπόρων.
Οι παραγόμενες σειρές ρυζιού, η σειρά Fix8, πέτυχαν ποσοστά δημιουργίας σπόρων μεταξύ 50% και 74%. Το Fix8#3 έφτασε το 74,3%, συγκρίσιμο με το συμβατικό υβριδικό ρύζι (74,9%), λύνοντας το πρόβλημα της “υψηλής αποτελεσματικότητας κλωνοποίησης αλλά χαμηλής απόδοσης”.
Οι σπόροι Fix8 έχουν πολλαπλασιαστεί στην τρίτη γενιά, διατηρώντας αποτελεσματικότητα κληρονομικότητας κλώνου άνω του 99,7% χωρίς σημάδια εκφυλισμού των χαρακτηριστικών υπό διαφορετικές συνθήκες πεδίου.
“Έχουμε δημιουργήσει ένα σύστημα απoμίκτωσης με φυσιολογικό ρυθμό καρποφορίας, που επί του παρόντος είναι κοντά στο 80%, κάτι που πληροί εμπορικά πρότυπα”, δήλωσε ο Wang.
Αυτά τα επιτεύγματα επιταχύνουν τις προσπάθειες εφαρμογής. Η ομάδα έχει αναπτύξει έξι απoμικτικές ποικιλίες ρυζιού, δηλαδή ακριβή κλωνοποιημένα, τα οποία έχουν δοκιμαστεί για πολλαπλές γενιές στην επαρχία Hainan στη νότια Κίνα και στην επαρχία Zhejiang στα ανατολικά.
Το South China Morning Post έχει ζητήσει σχόλιο από τον Wang.
