Projekta “Daudzgadīgās airenes adaptācijas un plastiskuma uzlabošana drošām un ilgtspējīgām pārtikas sistēmām, izmantojot CRISPR-Cas9 tehnoloģiju (Edit Grass4 Food)” pieredzes stāsts
Mūsdienās arvien neprognozējamāki klimatiskie apstākļi rada grūtības daudzgadīgo zālāju kultūrām, piemēram, daudzgadīgajai airenei, kas ir būtiska ganībās un zālājos.
Projekts “EditGrass4Food” tika izveidots, lai risinātu klimata izmaiņu radītos izaicinājumus lauksaimniecībā. Tas piedāvāja inovatīvu risinājumu, izmantojot CRISPR-Cas9 tehnoloģiju, lai uzlabotu daudzgadīgo aireņu pielāgošanos sausumam un salam, padarot tās spējīgas veidot drošākas un ilgtspējīgākas pārtikas sistēmas.
Klimata pārmaiņas ir viens no faktoriem, kas var negatīvi ietekmēt lauksaimniecību un pārtikas drošību. Eiropas zaļais kurss un Farm to Fork (F2F) stratēģija paredz, ka biotehnoloģija spēlēs nozīmīgu lomu pārtikas drošības nodrošināšanā un palīdzēs nodrošināt ES ekonomikas ilgtspējīgu attīstību. Zālāji spēlē būtisku lomu gan cilvēku populācijas rekreācijā, gan lauksaimniecības dzīvnieku barībā. Daudzgadīgā airene ir ganībās un zālājos nozīmīgs augs, taču tai bieži pietrūkst izturības pret Ziemeļeiropā un Baltijā sastopamajiem klimatiskajiem apstākļiem, kas klimata izmaiņu ietekmē kļūst aizvien neparedzamāki.
Arī pēdējā 2023.-2024. gada ziemas sezona parādīja, ka ierastā sniega sega var pilnībā pazust, augsne var atkust, bet tam var sekot kailsals. Šādi apstākļi būtiski ietekmē daudzgadīgos zālājus un samazina to produktivitāti. “EditGrass4Food” projektā apvienoti vadošie Baltijas valstu un Norvēģijas zinātnieki, lai rastu kompleksu risinājumu abiotiskā stresa problēmai klimata izmaiņu rezultātā, kā modeli izmantojot nozīmīgu zālāju kultūru – daudzgadīgo aireni.
Projekta aktivitātes un rezultāti
Projekta rezultātiem būs ietekme uz ganību zālāju produktivitāti Baltijas valstīs un Norvēģijā, kā arī plašāka ietekme uz dažādu lauksaimniecības augu kultūru noturību klimata pārmaiņu apstākļos. Projekta galvenais mērķis bija raksturot daudzgadīgās airenes (Lolium perenne) dažādu genotipu abiotiskā stresa izturību, novērtēt to ģenētisko pamatu pētot gēnu ekspresijas izmaiņas, kā arī veikt izmaiņas abiotiskā stresa izturībā, rediģējot noteiktus gēnus ar CRISPR/Cas9 sistēmu.
Projekta pētniecības laikā raksturota vairāk nekā 300 daudzgadīgās airenes genotipu izturība pret sausuma un zemas temperatūras stresu. Turpinās darbs, lai raksturotu gēnu ekspresijas izmaiņas sausuma un zemas temperatūras stresa apstākļos dažādos daudzgadīgās airenes genotipos. Vienlaicīgi tiek veikti eksperimenti, lai raksturotu ģenētisko daudzveidību abiotiskā stresa tolerances gēnos, kurus turpmāk būs iespējams izmantot kā marķierus daudzgadīgās airenes selekcijā. Tāpat ir izstrādāta Agrobacterium ģenētiskās transformācijas sistēma, kas ļauj efektīvi iegūt augus ar CRISPR/Cas9 genoma rediģēšanas moduli genomā, kas ļauj iegūt genomiski rediģētus augus ar noteiktu gēnu inaktivāciju. Šajā projekta attīstības stadijā pētījumi ļauj noteikt atsevišķu gēnu funkciju un attīsta izpratni par augu abiotiskā stresa izturības mehānismiem, taču attīstoties ES likumdošanai ĢMO un genomiski rediģētu augu jomā potenciāli transformētie genotipi varētu tikt izmantoti zālāju selekcijā.
Projekta gaitā apkopota informācija par iespējām mainīt zālāju un ganību zāļu abiotiskā stresa izturību (skat. Frontiers in Plant Science publikāciju). Projekta noslēguma posmā notiek aktīvs darbs pie vairākiem publikāciju manuskriptiem, kas apkopo informāciju par gēnu ekspresijas izmaiņām abiotiskā stresa ietekmē, daudzgadīgās airenes protoplastu kultūru iegūšanas metožu optimizāciju un genoma rediģēšanas metožu uzlabošanu.
Projekta partneru sadarbība un projekta ilgstpēja
Projektā iesaistīti partneri no Baltijas valstīm un Norvēģijas, kas līdz šim nebija plaši sadarbojušies. Intensīva komunikācija partneru starpā ļāva salāgot vēlmes ar iespējām un nospraust īstenojamus projekta mērķus. COVID-19 pandēmija ierobežoja projekta partneru iespēju tikties klātienē, savukārt Krievijas iebrukums Ukrainā radīja papildus stresu un projekta izmaksu pieaugumu. Vienlaicīgi šie izaicinājumi radīja papildus iespējas komunikācijas jomā. Jāatzīmē, ka Baltijas pētniecības programma rada iespēju finansiāli atbalstīt Ukrainas zinātniekus, kas ļāva projektā iesaistīt speciālistu ar ievērojamu pieredzi augu ģenētiskajā transformācijā.
Īstermiņā projekta ieguvumi dos mums zināšanas par abiotiskā stresa izturības regulāciju augos. Iegūtā pieredze un zināšanas tiks izplatītas zinātnisko publikāciju veidā. Ilgtermiņā projekta rezultāti sniegs ganību un zālāju augu selekcionāriem noderīgu informāciju par genotipiem ar labāku abiotiskā stresa izturību, kā arī ar konkrētiem mērķa gēniem, kas iesaistīti šajos procesos. Genomiski rediģētu augu izmantošana selekcijā ir atkarīga no Eiropas Komisijas priekšlikuma New Genomic Techniques jomā pieņemšanas. Ja šis priekšlikums tiks apstiprināts Eiropas Parlamentā un Padomē, tad iespējams, ka projekta gaitā iegūtais augu materiāls var noderēt praktiskajā selekcijā.
Projekta ilgtspējības nodrošināšanai tiek meklēti dažādi risinājumi. Jāņem vērā, ka ES vēl aizvien nav sakārtota likumdošana genomiski rediģētu organismu jautājumā, bet 2018. gadā Eiropas tiesas lēmums nosaka, ka ar jaunajām mutaģenēzes metodēm iegūti augi ir ĢMO, kas attiecīgi ierobežo to izmantošanu augu selekcijā un lauksaimniecībā. Dotajā brīdī ir izstrādāts plāns, kā turpināt sadarbību projekta partneru starpā, lai nodrošinātu projekta atlikušās eksperimentālās daļas pabeigšanu un publikāciju sagatavošanu. Šādām tiklošanās aktivitātēm plānots izmantot NordPluss programmu, kurā nesen tika iesniegts projekta pieteikums.
Baltijas pētniecības programma tiek īstenota ar EEZ grantu atbalstu programmas “Pētniecība un izglītība” ietvaros, kuru ievieš Izglītības un zinātnes ministrija un Latvijas Zinātnes padome. Programmas kopējais finansējums ir 8 676 084 euro, no kuriem valsts budžeta līdzfinansējums ir 15% jeb 1 301 413 euro un EEZ līdzfinansējums ir 85% jeb 7 374 671 euro. Baltijas pētniecības programmā Latvijā tiek īstenoti 9 pētniecības projekti un 5 mazi sadarbības projekti.
Baltijas Pētniecības programmas projektu “Daudzgadīgās airenes adaptācijas un plastiskuma uzlabošana drošām un ilgtspējīgām pārtikas sistēmām, izmantojot CRISPR-Cas9 tehnoloģiju (Edit Grass4 Food)” īsteno Latvijas Universitāte (Latvija) sadarbībā ar Norvēģijas Dabas zinātņu universitāte (Norvēģija), Lietuvas Lauksaimniecības un mežsaimniecības pētniecības centrs (Lietuva), Tallinas Tehnoloģiju universitāte (Igaunija).
Papildu informācija: https://eeagrants.lv/2021/05/08/daudzgadigas-airenes-adaptacijas-un-plastiskuma-uzlabosana-drosam-un-ilgtspejigam-partikas-sistemam-izmantojot-crispr-cas9-tehnologiju-editgrass4food/
