Pracownicy sprawdzają zbiory bananów na farmie w Australii.Credit: Carla Gottgens/Bloomberg/Getty
Trwa wyścig o stworzenie banana nowej generacji. Rząd Kolumbii potwierdził w zeszłym miesiącu, że grzyb zabijający banany zaatakował Amerykę – źródło dużej części światowych dostaw bananów. Inwazja dała nowe pilne wysiłki w celu stworzenia owoców, które mogą wytrzymać plagę.
Naukowcy używają mieszanki podejść, aby uratować banana. Zespół z Australii wprowadził gen pochodzący z dzikich bananów do najlepszej odmiany handlowej – znanej jako Cavendish – i obecnie testuje te zmodyfikowane banany w próbach polowych. Naukowcy wykorzystują również potężne, precyzyjne narzędzie do edycji genów CRISPR, aby zwiększyć odporność Cavendisha na grzyba, znanego jako Fusarium wilt tropical race 4 (TR4).
Hodowla odporności na TR4 w Cavendishu przy użyciu konwencjonalnych metod nie jest możliwa, ponieważ odmiana ta jest sterylna i rozmnażana przez klonowanie. Dlatego jedynym sposobem na uratowanie Cavendisha może być zmiana jego genomu, mówi Randy Ploetz, patolog roślin z Uniwersytetu Florydy w Homestead. Odmiana ta stanowi 99% światowych dostaw bananów.
James Dale, biotechnolog na Queensland University of Technology w Brisbane, Australia, zaczął się zapytania o jego genetycznie zmodyfikowanych (GM) bananów w lipcu, jak pierwsze pogłoski pojawiły się, że TR4 dotarł do Kolumbii. „Następnie Kolumbia ogłosiła stan wyjątkowy” – mówi Dale – „i teraz zainteresowanie jest ogromne.”
Kusząca alternatywa
Nie po raz pierwszy komercyjna odmiana bananów stanęła w obliczu wyginięcia. W pierwszej połowie lat 1900, inny szczep grzyba Fusarium o nazwie TR1 prawie zmiótł z powierzchni ziemi najlepszego banana tej ery, Gros Michel. Rolnicy mieli jednak wsparcie w postaci banana Cavendish, który był odporny na TR1, na tyle wytrzymały, by poradzić sobie z obróbką podczas eksportu i miał ogólnie akceptowalną konsystencję i smak. W latach sześćdziesiątych wielcy plantatorzy bananów, tacy jak Chiquita, obecnie z siedzibą w Fort Lauderdale na Florydzie, przestawiali się na Cavendisha.
Tym razem nie ma łatwej alternatywy. Rodomiro Ortiz, genetyk roślin ze Szwedzkiego Uniwersytetu Nauk Rolniczych w Alnarp, mówi, że żaden naturalnie występujący gatunek banana nie posiada cech, które uczyniły Cavendisha tak popularnym oraz zdolności do opierania się TR4.
A grzyb jest trudnym przeciwnikiem. Nie można go zabić środkami grzybobójczymi, a jego obecność w glebie może trwać nawet do 30 lat. To pomogło TR4 powoli rozprzestrzenić się na całym świecie, prawdopodobnie poprzez zaczepienie się na skażonym sprzęcie lub w glebie. Szczep ten zaczął niszczyć uprawy bananów w latach 90. w Azji, a następnie zaatakował Australię oraz kraje Bliskiego Wschodu i Afryki. Teraz TR4 jest w obu Amerykach, a badacze twierdzą, że Cavendish może praktycznie wyginąć w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat, chyba że uda im się zmodyfikować go tak, aby był odporny na grzyba.
Zespół Dale’a skupił się na zmianie roślin Cavendish poprzez wstawienie genu z dzikiego banana Musa acuminate malaccensis, który nadaje odporność na TR4. Po opublikowaniu obiecujących wyników1 w 2017 roku z małych badań polowych, 15 miesięcy temu rozpoczął większe badania. Dale i jego koledzy zasadzili transgeniczne Cavendish na pół hektara ziemi zaatakowanej przez TR4 w północnej Australii. Jak twierdzi Dale, transgeniczne banany mają się dobrze, podczas gdy około jedna trzecia zwykłych bananów, które zasadził dla porównania, jest zainfekowana grzybem.
Planuje on złożyć wniosek do australijskich organów regulacyjnych o zgodę na wprowadzenie na rynek transgenicznego banana Cavendish po zakończeniu badań w 2021 roku. Ale to jest niemożliwe do przewidzenia, czy urzędnicy dadzą go-ahead, lub jak długo zatwierdzenie może take.
Nawet jeśli transgeniczny banan Dale’a wygra zatwierdzenie, sprzedaż ich może być problemem. Uprawy genetycznie modyfikowane od dawna napotykają na opór opinii publicznej na całym świecie, zwłaszcza w Europie. „James ma doskonałe banany, które wydają się prawie odporne na TR4”, mówi Ploetz. „Ale czy konsumenci będą je kupować, to już zupełnie inna sprawa.”
Banany z CRISPR
Próbując uczynić biotechnologiczne banany bardziej przyjaznymi dla organów regulacyjnych, Dale również edytuje genom Cavendisha za pomocą CRISPR, aby zwiększyć jego odporność na TR4, zamiast wstawiać obce geny. W szczególności próbuje on włączyć uśpiony gen w Cavendishu, który nadaje odporność na TR4 – ten sam gen, który zidentyfikował u M. acuminate. Ale praca jest wciąż na wczesnym etapie. „Minie kilka lat, zanim trafią one na pole do prób” – mówi Dale.
Inni badacze wykorzystują CRISPR, aby wzmocnić obronę Cavendisha na różne sposoby. Leena Tripathi, biolog molekularny z Międzynarodowego Instytutu Rolnictwa Tropikalnego w Nairobi, Kenia, używa narzędzia do edycji genów do tłumienia genów Cavendisha, które wydają się czynić roślinę podatną na TR4. Do tej pory edytowała tylko tkankę Cavendisha w laboratorium. Następnym krokiem będzie wyhodowanie z niej sadzonek, a następnie sprawdzenie, czy rośliny przetrwają kontakt z TR4. Naukowcy z Filipin zaoferowali pomoc w testowaniu zredagowanego przez Tripathi Cavendisha w ich kraju; TR4 jest tam obecny, ale nie w Kenii.
Badacze zredagowali genom młodych roślin bananowca, aby były odporne na szczep grzyba o nazwie Fusarium wilt tropical race 1.Credit: Jaindra Tripathi/IITA-Kenya
A biotechnologiczny start-up Tropic Biosciences z Norwich w Wielkiej Brytanii próbuje wykorzystać CRISPR do wzmocnienia systemu odpornościowego Cavendisha. Wszystkie rośliny wytwarzają małe nici RNA, które kontrolują aktywność niektórych z ich własnych genów. Ostatnie badania2 sugerują, że niektóre z tych nici RNA mogą czasami tłumić geny u patogenów, wyniszczając je. Firma biotechnologiczna używa CRISPR do edycji nici RNA w Cavendish tak, aby wyciszyć geny w TR4.
Ale nie jest jasne, jak organy regulacyjne na całym świecie powitają banany edytowane genami. W 2016 roku Departament Rolnictwa USA postanowił nie regulować grzybów, których genom był edytowany za pomocą CRISPR, co sugeruje, że mogą traktować edytowane banany w podobny sposób. A rządy Kolumbii, Chile, Brazylii, Japonii i Izraela wydały oficjalne oświadczenia wskazujące, że mogą również być pobłażliwe dla upraw edytowanych za pomocą CRISPR. Unia Europejska stwierdziła jednak, że będzie oceniać uprawy modyfikowane genetycznie tak samo surowo, jak inne zmodyfikowane genetycznie produkty spożywcze.
Ortiz popiera wysiłki inżynieryjne naukowców, ale przestrzega przed skupianiem się wyłącznie na biotechnologicznym rozwiązaniu plagi pełzających bananów. Twierdzi, że oprócz Cavendisha istnieje ponad tysiąc innych rodzajów bananów. Nie dają one tak dużych plonów jak te z Cavendisha, nie przewożą ich tak dobrze ani nie smakują tak samo, ale Ortiz mówi, że komercyjne firmy produkujące banany mogłyby spróbować stworzyć rynek dla tych alternatywnych odmian.
„Powinniśmy wykorzystać dostępną różnorodność”, mówi, „i przeprowadzić kampanię marketingową, która powie, że można cieszyć się bananem na inne sposoby.”
„Powinniśmy wykorzystać dostępną różnorodność”, mówi, „i przeprowadzić kampanię marketingową, która powie, że można cieszyć się bananem na inne sposoby.