Mały sprzymierzeniec w walce z niewidzialnym wrogiem
Mątwik burakowy (Heterodera schachtii) jest pasożytniczym nicieniem glebowym porażającym korzenie buraka cukrowego, ale także kapusty, czy rzepaku. Na chwilę obecną brakuje tanich, skutecznych i przyjaznych dla środowiska metod walki z tym szkodnikiem. W związku z tym, że żeruje na korzeniach i jest praktycznie niewidoczny gołym okiem objawy porażenia są trudne do zaobserwowania na jego wczesnym etapie.
Rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) jest niepozornym chwastem należącym do rodziny kapustowatych. Ze względu na swoje zalety odgrywa ważną rolę w badaniach fizjologicznych oraz genetycznych roślin. Do zalet tych należą: stosunkowo mały genom (125 milionów par zasad tworzących tylko 5 chromosomów), krótki cykl życiowy (2-3 miesiące), w którym wytwarzana jest olbrzymia ilość nasion (kilka tysięcy przez jedną roślinę). Rzodkiewnik nie zajmuje wiele miejsca, stąd może być uprawiany w laboratorium. Cechy te sprawiają, że jest doskonałym modelem do badań.
Studenci Rolnictwa z SGGW w Warszawie zgłębiają tajniki produkcji cukru
Nicień ten atakuje również korzenie rzodkiewnika, dzięki temu można prowadzić badania nad reakcją roślin w stosunkowo łatwiejszy i szybszy sposób. Wyniki badań mogą być następnie zastosowane w ulepszaniu odmian roślin uprawnych.
Rzodkiewnik występuje naturalnie w strefie umiarkowanej wszystkich regionów świata, w tym w Europie. Naturalne siedliska tego gatunku spotykane są na słabych glebach piaszczystych lub żwirowych. Gatunek ten zaliczamy do tzw. organizmów modelowych, które służą do badań naukowych. Wybiera się je na podstawie podobieństwa ich budowy lub procesów życiowych do innych organizmów, które są użytkowane przez człowieka. Innymi słowy, rzodkiewnik dla biologa roślin jest jak mysz laboratoryjna dla badaczy organizmów zwierzęcych lub człowieka.
Rzodkiewnik został odkryty w XVI wieku przez Johannesa Thala, od którego nazwiska pochodzi nazwa gatunkowa thaliana, w górach Harz w Niemczech (Dolna Saksonia). Pierwsze badania na tym gatunku rozpoczęto już w roku 1907.
Dzięki małym rozmiarom rzodkiewnika (średnica rozety liści dojrzałej rośliny wynosi około 5-7 cm, a pędy osiągają wysokość między 5 a 35 cm) można go uprawiać na ograniczonej powierzchni w laboratorium. W ten sposób można szybko przebadać rośliny i odpowiedzieć na stawiane pytania. W przypadku roślin uprawnych, jak np. pszenica czy burak cukrowy, okres wegetacji obejmuje kilka miesięcy, a nasiona w warunkach polowych można uzyskać raz do roku (pszenica) lub co dwa lata (burak cukrowy).
Postęp biologiczny w zbożach
W jaki sposób ta niepozorna roślina może być przydatna w rolnictwie?
W uzyskiwaniu wysokich plonów bardzo ważną rolę odgrywa wybór nasion odpowiedniej odmiany do siewu. Odmiany roślin uprawnych uzyskujemy podczas hodowli roślin, która jest czasochłonna (co najmniej kilka lat) i polega na ciągłym doskonaleniu cech roślin, takich jak: jakość i ilość plonu, tolerancja na różnego rodzaju stresujące czynniki środowiska (np. susza, chłód) czy patogeny i pasożyty roślin.
Zanim jednak uzyskamy nową odmianę należy zbadać, który dokładnie gen i w jaki sposób warunkuje korzystną cechę z punktu widzenia użytkownika. Do badania tych genów wykorzystywane są właśnie organizmy modelowe, a następnie uzyskane wyniki znajdują zastosowanie w hodowli roślin użytkowych.
Nicienie będące szkodnikami roślin należą do rzędu Tylenchida. Powodują one straty plonów praktycznie wszystkich ważnych dla rolnictwa gatunków roślin jak np. ziemniak, pszenica, burak cukrowy, a także roślin warzywnych. Wywołują również objawy chorobowe u roślin ozdobnych, w tym np. kaktusów. Najbardziej groźne dla roślin są niszczyki, guzaki i mątwiki.
Szarek komośnik zaskoczył wszystkich
Niesprzyjające w ostatnich latach warunki pogodowe - ciepłe wiosny i gorące lata sprzyjają rozwojowi mątwików, szczególnie na glebach lekkich. Uszkodzenia systemu korzeniowego roślin powodują trudności z transportem wody, czy zmniejszenie intensywności fotosyntezy, co z kolei obniża plony. Rośliny porażone mątwikiem są również podatniejsze na infekcje grzybowe. Na zaatakowanych korzeniach roślin widoczne są białe lub brązowe cysty nicienia.
Jeśli roślina posiada gen odporności na nicienia, wówczas ten nie jest w stanie jej zaatakować lub jego rozwój jest ograniczony. Jednak w trakcie wspólnej ewolucji rośliny i jej pasożyta, nicień osiągnął zdolność do przełamywania tego rodzaju odporności, co oznacza że gen odporności stracił swoje właściwości. Stąd większość odmian uprawnych nie jest odporna na nicienie. Natomiast geny odporności występują powszechniej u tzw. gatunków dzikich, z których wciąż trudno je pozyskać i wykorzystać w hodowli.
Dlatego też w celu uzyskania roślin tolerancyjnych na nicienie hodowcy roślin muszą poznać, a następnie wykorzystać inne rozwiązania, a dzięki badaniom z wykorzystaniem rzodkiewnika - rośliny modelowej może to nastąpić szybciej.
***
Obecnie w ramach projektów finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki (grant Opus 5 nr 2013/09/B/NZ9/02381 i grant Opus 9 nr 2015/17/B/NZ9/01767, których kierownikiem jest dr Anita Wiśniewska) realizowanych w Katedrze Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie prowadzone są badania dotyczące interakcji pomiędzy rzodkiewnikiem pospolitym a mątwikiem burakowym. Poszukiwane są geny odpowiedzialne za tolerancję roślin na mątwika burakowego. Odkrycie tych genów pozwoli w przyszłości na uzyskanie nowych odmian roślin uprawnych tolerancyjnych na tego pasożyta.
Mgr Karol Kuczerski i mgr Kamila Nawrocka są doktorantami Wydziału Rolnictwa i Biologii, SGGW w Warszawie oraz stypendystami projektu Opus 9 nr 2015/17/B/NZ9/01767.
- Krok po kroku w zakresie doboru odmian, nawożenia i ochrony. Zamów prenumeratę miesięcznika "Nowoczesna Uprawa" już teraz
