Az agrárkutatás tudósai többnyire háttérbe szorulnak, bár életünk egyik legfontosabb részére - az ételre - összpontosítanak. Az élelmiszer felelős az egészségünkért vagy a betegségünkért. Prágai tanulmányaim során az amarantot kutattam más növények mellett. Kivételes növény, amelynek semmi köze a gabonafélékhez, de magjai lisztté dolgozhatók fel, ami sokkal egészségesebb, mint a klasszikus búza. Kísérleti területeken különböző amarantfajtákat termesztettünk, és javítottuk a különböző hibridek azonosításának módszerét, amelyet végül a Journal of Cereal Science folyóiratban publikáltunk. Az ember általában el sem tudja képzelni, hogy mennyi tudományra van szükség ahhoz, hogy bármelyik növény új fajtája eljusson a szántóföldre és a terepről a tányérunkra.
Még korábban fogalmam sem volt, mit jelent gabonát hozni a szántóföldre, és természetesnek vettem, hogy minden nap kenyeret reggelizek. Végül is az élelmiszer előállításának vagy termesztésének gondolkodása kissé elmarad a modern, csak okostelefonoktól függő fejlett társadalom szintjén.
Az ételtől függ, hogy magas a vérnyomásunk, elhízásunk, cukorbetegségünk, rákos megbetegedéseink, emésztési problémáink, allergiáink, kiütéseink, vagy éppen ellenkezőleg, gyönyörű, egészséges bőrünk van. Valószínűleg már X-szer hallott róla, mert az egészséges táplálkozásról szóló cikkek hihetetlenek. Sokszor azonban nagyon egyszerű, csak cserélje ki a gyorsételeket egy egészségesebb alternatívára. Elég lenne a fehér búzalisztet amarantra cserélni, és azonnal táplálóbb reggelit kapnánk.
Az egészséges tápláléknak azonban megfizethetőnek kell lennie számunkra, ugyanakkor jövedelmezőnek kell lennie a termelőknek és a feldolgozóknak is. És itt lép be a játékba a Prágai Növénytermesztési Kutatóintézet - Ruzyně (Csehország számára), ahol a világ minden tájáról származó különféle gabonaféléket és hüvelyeseket tárolnak és tesztelnek egy génbankban. A legújabb búza- vagy zabfajták mellett náluk is megtalálható az említett amarant, vagy az egyre ismertebb hajdina vagy quinoa, de néha teljes egzotikát is kipróbálnak. Végül is a világ más részein nemcsak búzától, rizstől és kukoricától függenek, hanem hagyományos gabonaféléik például a Pennisetum americanum (dochan), az Eleusine coracana, a Sorghum bicolor (cirok), a Coix lacryma-jobi, Eragrostis tef (tef), Echinochloa frumentacea, Digitaria exilis .
Közülük sok táplálkozás szempontjából nagyon érdekes, természetesen egészségesebb, mint a búza, a rizs vagy a burgonya. Azt azonban meg kell vizsgálni, hogy közép-európai körülmények között is megőrzik-e tulajdonságukat, és főleg, hogy képesek-e az utolsó tavaszi fagyok után is csírázni hazánkban, és képesek-e végül elegendő magot termelni. Számodra úgy tűnhet, hogy az egzotikus gabonafélék legnagyobb problémája a nyári meleg, majd az őszi fagyok hiánya, ami elpusztítja a termést. Igen, egy veszély állhat fenn. De a növényekből hiányzik az a napéjegyenlőség, amely a trópusokon van, ami azt jelenti, hogy a nap és az éjszaka egész évben ugyanazon 12 órán át tart. Egy egzotikus növénynek pedig éppen megfelelő hosszúságú napra van szüksége a virágzáshoz. Hazánkban a napok túl hosszúak a nyáron, és csak ősszel kezd hosszúságuk hasonlítani a trópusi napokhoz. Tehát a növény végre meglátja - virágozni kezd, de sajnos azonnal nagyon hideg lesz, és a fagy azonnal elpusztítja az első gyümölcsöket. És a betakarítás után van. Ezért a nemesítők célja olyan fajták létrehozása, amelyeket hosszú napokkal lehetne termeszteni a régióban.
Egy másik dolog, amelyet tesztelni kell, a végtagjainkban található kisebb termények magjainak tápértéke. A fehérjetartalom és így az aminosav-összetétel - többek között - a növények táplálkozásától és az éghajlati viszonyoktól függ. Közép-Európában más típusú talaj van, mint Afrikában vagy Dél-Amerikában. Fontos az is, hogy mi trágyázzuk, és az is, mennyit esik az adott évben. Ha túl sok eső esik, a nitrogén kiöblíthető a talajból, és a növény számára nem sok minden marad, így csökken a fehérjetartalom. Nagyon bonyolult és akár minden évben változhat ugyanazon a pályán. Ezért a vizsgált fajtákat több éven keresztül ellenőrizni kell.
A prágai Génbanknak nagyon sok fajtája van, amelyeket a világ minden tájáról származó génbankoktól kapnak. Hatalmas fagyasztókban tárolják őket - jobban mondva a fagyasztó raktárakban. Amikor egy új fajtát vetünk a kísérleti mezőre, rögzítjük, hogy hány nap kellett a csírázáshoz, hány nap kellett ahhoz, hogy megkapják az első virágokat, végül a gyümölcsök beérjenek. Megszámoljuk azt is, hogy hány levele volt, milyen magas volt, mekkora volt a szár átmérője. Feljegyezzük a levelek és virágok (virágzat) színét és hosszát. Amikor a mag érik, leírják színüket és méretüket, és kiszámítják a hozamokat. Mérjünk le 1000 magot. Ehhez van egy speciális eszközük, amely megszámolja a magokat (valami hasonló az érmés számítógépes bankokhoz).
De ezek mind morfológiai jellemzők. Lehet, hogy az egyik fajta nagyon hasonlít a másikra, de például a következő évben például többet eshet az eső, és az egyikük jobban megnő, és kissé eltérnek egymástól. Ezért genetikailag szükséges ismerni őket.
Mivel a növényi genomok általában rendkívül nagyok, kizárt, hogy minden új fajtát szekvenciázzanak, mint a baktériumok esetében. Vannak módok arra, hogy egy bizonyos „ujjlenyomatot” kapjunk minden növény minden fajtájához. Kivonjuk fajtáink DNS-ét, és RFLP, AFLP vagy RAPD módszereknek vetjük alá. Nem szeretném itt részletesen elemezni őket, de a lényeg az, hogy a növény teljes hatalmas genomját nem vetjük alá genetikai elemzésnek, hanem csak annak egyes darabjait. E módszerek mindegyike más-más módszert használ ezeknek a daraboknak a megszerzésére. Például vannak olyan szeletelő enzimek, amelyek közvetlenül egy meghatározott szekvencia után képesek hasítani a DNS-t. Például egy EcoRI nevű enzim pontosan a G betű után vágja le a GAATTC DNS szekvenciáját, ha azt AATTC követi. Most egy példával állok elő. X. változat szekvencia:
Amikor a DNS-t az első és a második specifikus G-AATTC után levágjuk, 26 betűből álló szekvenciát kapunk.
Ha az Y változat szekvenciája:
így ugyanazzal az enzimmel történő kezelés után kapunk egy darabot, amely 51 betű hosszú lesz.
Így megállapíthatjuk, hogy különbség van az X és Y fajták között, anélkül is, hogy mindet szekvenciáznunk kellene.
Egy másik megközelítés, amelyet az előző blogban kicsit elmagyaráztam, a PCR módszer. Bizonyos primerek kapcsolódnak a növényi DNS-hez, vagyis a DNS rövid szakaszai (kb. 10 betű), amelyek ebben az esetben ilyen általános szekvenciákkal rendelkeznek, így biztosak lehetünk abban, hogy ragaszkodnak a genom valamely részéhez, és nem is tudnia kell a genom pontos szekvenciáját. A PCR azon a tényen alapul, hogy a hőmérséklet emelésének és csökkentésének ismételt ciklusainak köszönhetően csak a DNS azon része szaporodik fel, amely pontosan a primer pár között helyezkedik el. Tehát megint csak a genom egyes részeiről kapunk információt, de ez elég ahhoz, hogy képet kapjunk, mint egy adott fajta ujjlenyomatát.
Bármelyik módszert is alkalmazzuk, ennek ellenére az a vége, hogy a DNS-t egy agaróz gélre visszük fel egy úgynevezett elektroforézis tálcán, ahol a negatív töltésű DNS egy elektromos áram hatására a negatívról a pozitív pólusra tolódik. Ugyanakkor a rövidebb DNS-darabok gyorsabban mozognak. Ha egy speciális fluoreszkáló festéket adunk a DNS-hez, akkor UV fény alatt láthatjuk, hogyan alakult az egész. Meglátjuk, melyik fajtának van hosszabb vagy rövidebb darabja és melyik hiányzik. Itt van egy példa, amelyet az interneten találtam.
A tudósok mindig találgatják, hogy melyik RFLP, AFLP vagy RAPD módszer közül a legjobb a fajták azonosításához. A jövő minden bizonnyal az egész növényi genom szekvenálása. Ideális lenne, ha a jövőben olyan gyorsan és hatékonyan tudnánk ezt megtenni, mint most a baktériumok genomját összeállítani. Például egy ilyen búza genomnak körülbelül 17 000 000 000 betűje van, ami ötször több, mint egy embernél. Néhány gyakori baktériumnak csak 4 millió betűje van.
Személy szerint nem igazán szeretem a növények genetikai összetételét DNS-darabok formájában nézni, de inkább a globális nézetet preferálom. Mivel egy adott fajta teljes genomját nem lehet megszerezni, ezért fehérjékkel is dolgozhatunk. Csak emlékeztetni szeretném Önöket arra, hogy a DNS az RNS termelésének mintája, az RNS pedig a fehérjéket alkotó aminosavak termelésének mintája. Természetesen a DNS más és más részét használják a növény élete során és a növény minden részében. De amikor a magokkal kezdünk dolgozni, elméletileg az összes genetikai anyagot lecsökkentjük egy mag méretére. Mivel a mag a növény életének 0. pontjaként írható le, ahol a növény még nem csinál semmit, és ez minden vizsgált fajtára alkalmazható, kielégítően összehasonlíthatjuk őket.
A DNS-hez hasonlóan működik. A fehérjék elektromos térben is elmozdulhatnak, és méretükre oszthatók. A gél, amelyben mozognak, azonban nem agarból, hanem meglehetősen veszélyes vegyi anyagokból készül. Amikor a kísérlet véget ér, az egész gélt kék színnel kell festenünk, amely néhány órát vesz igénybe, majd elszíneződik. Végül kapunk egy sávot, amely a fehérjeink méretre osztva, és összehasonlíthatjuk, hogy melyik fajtának van bizonyos sávja és melyiknek nincs, és milyen vastagságú. Néha nagyon sok ilyen csík van, ami tovább rontja az azonosítást. A teljes magokból nyert fehérjék különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. Néhányat vízben oldanak fel, mások egy bizonyos alkoholos oldatban. Ha az oldhatóság szerint elosztjuk, majd külön felviszjük a gélre, akkor kevesebb csíkot kapunk, és így jobban áttekinthetjük a fajták közötti különbségeket. A következő képen vegye észre maga, hogy a gél jobb oldalán egyértelmű, hogy egyes vastag sávok alacsonyabbak, mint mások.
A mai technika úgy halad, hogy egy veszélyes gél (kép a bal oldalon) elkészítésének, színezésének és színtelenítésének teljes folyamata, amely mind 2-3 napot vesz igénybe, fél óra alatt elvégezhető egy apró chipen (kép a középső). Ez a chip olyan, mint egy apró elektroforézis, és a mintákat kis lyukakon keresztül viszik rá. És az egész eredményt digitális formában kapjuk meg (jobbra). Ez lehetővé teszi számunkra, hogy megismerjük a fehérje méretét és még annak koncentrációját is.
Ezt a két adatot a hasonlóság matematikai számításába egyesítettem, és egy ilyen amarant azonosítást végül a fent említett Journal of Cereal Science publikált. Azonban csak egy kivonat áll a nyilvánosság rendelkezésére, de ha többet szeretne tudni a prágai amarant gyűjteményekről, kattintson a Genetikus sokféleség a növényekben című elektronikus könyvre, ahol egy fejezetünk van.