Xiaoxi Meng eta Zhikai Liang-ek duela pare bat urte ideia lehen aldiz proposatu zutenean, James Schnable eszeptikoa zen. Gutxienez esateko.
"'Beno, saiatu zaitezke, baina ez dut uste funtzionatuko duenik'", gogoratu zuen Nebraska–Lincoln Unibertsitateko Schnable-ren laborategiko doktore ondoko ikertzaile Meng eta Liang-i esan ziela agronomia eta baratzezaintzako irakasle elkartuak.
Oker zegoen eta, atzera begiratuta, inoiz ez zegoen zoriontsuagoa. Hala ere, garai hartan, Schnablek arrazoi onak zituen bekaina altxatzeko. Bikotearen ideia - hotzarekiko sentikorrak diren laboreen DNA-sekuentziak izozte gogor bati errenditzen zaizkion landare basati eta gogorragoek izozte-baldintzak nola onartzen dituzten aurreikusten lagun dezaketela - ausarta zirudien. Gutxienez esateko. Hala ere, arrisku txikiko eta sari handiko proposamena zen. Meng-ek eta Liang-ek funtzionatuko balute, hotzarekiko sentikorrak diren laboreak hotzari erresistenteak bezalakoak apur bat edo askoz gehiago egiteko ahaleginak bizkortuko lituzkeelako.
Munduko labore garrantzitsuenetako batzuk eskualde tropikaletan etxekotu ziren - artoa Mexikoko hegoaldean, sorgoa Afrika ekialdean - ez zuten presio selektiborik egiten hotzaren edo izotzaren aurkako defentsak garatzeko. Labore horiek klima gogorragoetan hazten direnean, hotzarekiko duten sentikortasunak mugatzen du zenbat goiz landatu daitezkeen eta zenbat berandu bil daitezkeen. Hazkunde-urtaro laburragoak fotosintesia egiteko denbora gutxiago dakar, eta, ondorioz, etekin txikiagoak eta elikagai gutxiago izango ditu 10. urtean 2050 milioi pertsonara hurbilduko direla espero den populazio globalarentzat.
Klima hotzak
Dagoeneko klima hotzetan hazten diren landare-espezieek, berriz, hotza jasateko trikimailuak garatu zituzten. Beren mintz zelularrak birkonfigura ditzakete likidezia tenperatura baxuagoetan mantentzeko, mintzak izoztea eta haustura saihestuz. Mintz horien eta inguruko likidoei azukre puskatxoak gehi diezazkiekete, izozte-puntua jaitsiz, gatzak espaloi baten moduan egiten duen moduan. Are gehiago, izotz-kristal txikiak itotzen dituzten proteinak ekoitzi ditzakete, kristal horiek zelulak suntsitzeko masa bihurtu aurretik.
Defentsa horiek guztiak maila genetikoan sortzen dira, baina ez DNAren sekuentzietan bakarrik. Landareak izozten hasten direnean, funtsean, gene batzuk itzaliz edo piztuz erantzun dezakete, haien argibide genetikoen eskuliburuak transkribatzea eta gauzatzea eragotziz edo baimenduz. Beraz, izozte-tenperaturaren aurrean hotza-jasaten duten landareek zein geneak itzaltzen eta pizten dituzten jakiteak, beraz, lagun diezaieke ikerlariei haien gotorlekuen oinarriak jabetzen eta, azken finean, hotza sentiko duten laboreetan antzeko defentsak egiten.
Baina Schnablek ere bazekien, Meng eta Liang-ek egin zuten bezala, gene berdin batek ere sarritan modu ezberdinean erantzuten diola hotzari landare-espezieen artean, baita estuki erlazionatuta daudenetan ere. Horrek esan nahi du, frustratingly, gene batek espezie batean hotzari nola erantzuten dion ulertzeak landare-zientzialariei ez diela ia ezer erabakigarririk esan beste genearen portaerari buruz. Ezusteko horrek, aldi berean, geneak desaktibatu edo aktibatuko dituen arauak ikasteko ahaleginak oztopatu ditu.
"Oraindik oso, oso gaizki gaude geneak zergatik itzali eta pizten diren ulertzen", esan zuen Schnablek.
Arto landareak
Arau-libururik ezean, ikertzaileek ikaskuntza automatikoari ekin zioten, funtsean berea idatz dezakeen adimen artifizialaren forma batera. Berariaz gainbegiraturiko sailkapen eredu bat garatu zuten, adibidez, katuen eta ez-katuen irudi etiketatu nahikoa aurkeztuta, azkenean lehenengoa eta bigarrena bereizten ikas dezaketen mota. Taldeak hasiera batean bere eredu propioa aurkeztu zuen artoaren sekuentziatutako gene pila izugarri batekin, landarea izozte-tenperaturan jasaten zutenean gene horien batez besteko jarduera-mailekin batera. Ereduari "pentsa genitzakeen ezaugarri guztiak" ere elikatu zitzaizkion arto-gene bakoitzeko, Schnablek esan zuen, bere luzera, egonkortasuna eta beraren eta beste arto-landare batzuetan aurkitutako beste bertsio batzuen arteko desberdintasunak barne.
Geroago, ikertzaileek beren eredua probatu zuten gene horien azpimultzo batean informazio zati bat besterik ezkutatuz: tenperatura izozteen agerpenari erantzun zioten ala ez. Geneen ezaugarriak erantzuteko edo erantzuteko ez zirela esandakoaren analisia eginez, ereduak ezaugarri horien zein konbinazio ziren garrantzitsuak antzeman zituen, eta gero arrakastaz txertatu zituen gainerako misterio-kutxako gene gehienak beren kategoria zuzenetan.
Hasiera itxaropentsua izan zen, dudarik gabe. Baina benetako proba geratzen zen: ereduak espezie batean jasotako prestakuntza hartu eta beste batean aplikatu al lezake?
Erantzuna behin betiko baiezkoa izan zen. Sei espezietako baten DNA datuekin trebatu ondoren — artoa, sorgoa, artatxikia, proso artatxikia, azeri-buztan artatxikia edo belarra—, ereduak, oro har, beste bostetako edozein genek erantzungo zioten izozteari aurreikusteko gai zen. Schnableren harridurarako, ereduak eutsi egin zion hotzari sentikorrak diren espezie batean trebatzen zenean ere —artoa, sorgoa, perla edo proso artatxikia—, baina hotz-tolerantearen artatxikiaren edo azeri-belararen gene-erantzunak iragartzeaz arduratu zen.
Model
"Landu ditugun ereduek espezieen artean ia ondo funtzionatu zuten espezie batean datuak izango bazenitu bezala eta barne-datuak erabili zituzten espezie bereko iragarpenak egiteko", esan zuen, bere ahotsean harridura zantzu bat hilabete geroago. "Benetan ez nuke hori iragarriko".
"Informazio hori guztia ordenagailu batera helarazi dezakegula eta funtzionatzen duten iragarpenak egiteko arau batzuk gutxienez asma ditzakegula, oraindik harrigarria da niretzat".
Iragarpen horiek bereziki erabilgarriak izan daitezke alternatiba aztertzerakoan. Gutxi gorabehera hamarkada batez, landare-biologoek landare bizi bateko gene bakoitzak ekoitzitako RNA molekula kopurua neurtu ahal izan dute, DNAren argibideak transkribatzeko eta garraiatzeko ardura dutenak. Baina gene-adierazpen horrek ale bizietan hotzari nola erantzuten dion alderatzea, eta hainbat espezietan, ahalegin zorrotza da, esan zuen Schnablek. Hori bereziki egia da basa-landareekin, haien haziak eskuratzea zaila baita. Baliteke hazi horiek espero denean ez ernetzea, hala badagokio, eta urteak behar izan ditzakete hazteko. Hala egiten badute ere, sortzen diren landare guztiak ingurune berdin eta kontrolatu batean landu behar dira eta garapen-fase berean aztertu.
Espezie gehiago
Horrek guztiak erronka handia suposatzen du nahikoa ale basatiak hazteko, nahikoa basa espezietatik, haien geneen hotzari erantzunak errepikatzeko eta estatistikoki ebaluatzeko.
"Benetan lortu nahi badugu zeintzuk diren geneek garrantzitsuak diren, landarea hotzari nola egokitzen den, bi espezie baino gehiago aztertu behar ditugu", esan zuen Schnablek. «Hotzarekiko tolerantea den espezie talde bat eta sentikorra den talde bat aztertu nahi ditugu, eta ereduak aztertu: «Gene horrek beti erantzuten du batean eta beti ez du erantzuten bestean».
“Hori esperimentu handi eta garestia bihurtzen hasten da. Oso polita litzateke espezie horien DNA-sekuentzietatik iragarpenak egitea ordez, esate baterako, 20 espezie hartu eta denak fase berean lortzen saiatzea, denak estres-tratamendu berdinen bidez jarri, eta neurtu espezie bakoitzeko gene bakoitzeko ekoizten den RNA kopurua”.
Ereduarentzat, zorionez, ikertzaileek dagoeneko 300 landare-espezie baino gehiagoren genomak sekuentziatu dituzte. Etengabeko nazioarteko ahalegin batek kopuru hori 10,000 izatera eraman dezake hurrengo urteetan.
Nahiz eta ereduak itxaropen xumeak gainditu dituen dagoeneko, Schnablek esan zuen hurrengo urratsa, hala ere, "gu eta beste pertsonak konbentzitzea" izango dela orain arte bezain ondo funtzionatzen duela. Orain arteko proba guztietan, ikertzaileek lehendik zekitena esateko eskatu diote ereduari. Azken proba, gizakiak eta makina hutsetik hasten direnean etorriko dela esan zuen.
"Uste dut egin behar dugula hurrengo esperimentu handia daturik ez dugun espezie bati buruzko iragarpenak egitea", esan zuen. "Jendeari erantzunak ezagutzen ez ditugun kasuetan benetan funtzionatzen duela konbentzitzea".
Taldeak bere aurkikuntzaren berri eman zuen Proceedings of the National Academy of Sciences aldizkarian. Meng, Liang eta Schnable-k Nebraskako Rebecca Roston, Yang Zhang, Samira Mahboub eta Daniel Ngu graduko ikaslearekin batera egin dute ikerketa, Xiuru Dai Shandong Nekazaritza Unibertsitateko ikertzaile bisitariarekin batera.
Informazio gehiago nahi izanez gero:
Nebraskako Unibertsitatea Lincoln
www.unl.edu