Kvarkadabrin fokus: Po sledeh udomačitve koruze

    V oktobrski številki znanstvenega časopisa American Journal of Botany (AJB) je skupina znanstvenikov z Nacionalnega inštituta za biologijo, raziskovalne skupine za eksperimentalno botaniko na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani, s tesnim dolgoletnim sodelovanjem znanstvenikov s Floridske univerze v Gainesvillu, ZDA in raziskovalnega oddelka ameriškega resorja za kmetijstvo (USDA) objavila znanstveni članek o citoloških raziskavah razvoja zrna teozinta (Zea mays spp. parviglumis), iz katerega so srednjeameriški Indijanci pred 9000 leti udomačili koruzo. Raziskave so na glavo postavile nekaj nikoli raziskanih idej, povezanih z udomačitvijo koruze. Pokazale so, da je pogled v notranjost teozintovega zrna, skupaj s potekom vseh najpomembnejših razvojnih procesov v zrnu, praktično identičen kot pri koruzi, čeprav se zrno teozinta od koruze morfološko zelo razlikuje.

    Raziskava je že pred objavo sprožila veliko zanimanje in je bila predstavljena tudi na naslovnici revije. Objava v AJB ima še posebno težo, saj je organizacija Special Libraries Association revijo uvrstila med 10 revij, ki so v zadnjih 100 letih najbolj zaznamovale področji biologije in medicine. Časopis si častno uvrstitev deli z revijami Science, Nature, Proceedings of the National Academy of Science, New England Journal of Medicine, Journal of the American Medical Association, British Medical Journal, Journal of Zoology, American Journal of Physical Anthropology in Journal of Paleontology. Objavo članka je uredništvo AJB pospremilo s posebno izjavo za javnost, ki je bila objavljena na spletni strani Eureka Alert, kjer pod pokroviteljstvom Ameriškega združenja za napredek znanosti (AAAS) izhajajo najzanimivejše novice iz sveta znanosti. Novico je v sledečem tednu povzelo vsaj 15 različnih spletnih strani, ki objavljajo novosti s sveta znanosti, o njej pa so poročali tudi slovenski mediji.


    Avtorji raziskave Marina Dermastia, Aleš Kladnik in Prem Chourey.

    V tem članku razkrivamo predvsem ozadje študije, ki je tudi zelo zanimivo s stališča objavljanja znanstvenih publikacij. Objava je lep primer, kako morajo delovati dobri recenzenti znanstvenih del. S svojimi pripombami naj ne bi kar počez kritizirali del poslanih v objavo, ampak bi si morali prizadevati, da študije še izboljšajo, kot se je lepo pokazalo v tem primeru.

    Kaj? (Referenca)
    Naslov članka je A cellular study of teosinte Zea mays subsp. parviglumis (Poaceae) caryopsis development showing several processes conserved in maize. doi:10.3732/ajb.0900059. American Journal of Botany 96: 1798-1807 (2009)

    Kdo?(Avtorji)
    Avtorji so Marina Dermastia, Aleš Kladnik, Jasna Dolenc Koce iz Skupine za eksperimentalno botaniko in Prem Chourey z UF in USDA.

    Kje? (“slovenska”, “evropska” ali “svetovna” raziskava?)
    Raziskava je zanimiva za splošno razumevanje evolucije in udomačitve koruze, ki je po mnenju FAOSTAT 2007 najpomembnejša svetovna poljščina, a je bila skoraj v celoti izvedena v slovenskem laboratoriju.

    Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu…?)
    S sodobnimi genetskimi in molekulsko-biološkimi pristopi so znanstveniki že dokazali, da je današnja koruza Zea mays ssp. mays rezultat enega samega udomačitvenega dogodka iz podvrste Zea mays ssp. parviglumis. Preobrazba teozinta v koruzo je bila tako obsežna in zapletena, da mnogi znanstveniki niso verjeli, da je sploh možna. Zaradi morfoloških razlik med teozintom in koruzo je dolgo prevladovalo mnenje, da je teozint sorodstveno bližje rižu kot koruzi. Največja morfološka razlika med teozintom in koruzo je v zgradbi posebnih enosemenskih plodov ali zrn. Teozint ima majhen storž, na katerem je v dveh vrstah nanizanih 5 do 10 drobnih zrn. Zrna so zelo majhna, trikotnih ali trapezastih oblik in temno obarvana. Zrna so dobro zavarovana v posebno trdem ovoju, medtem ko so zrela zrna v koruznem storžu odkrita. Zrela zrna teozinta imajo dobro izoblikovano ločitveno ali abscizinsko plast, ki omogoča raztresanje zrn in s tem razširjanje semen. Kot posledica udomačitve naj bi koruzna zrna ločitvene plasti izgubila in tako ob zrelosti ostajajo pritrjena na storžu. Nastanek vseh teh razlik je danes dobro podprt z rezultati številnih genetskih in molekulsko-bioloških analiz. Kljub temu pa ni bila izdelana nobena natančna citološka študija, kaj se v notranjosti zrna resnici dogaja. Povedano z drugimi besedami – nihče si notranjosti zrna teozinta ni pogledal pod mikroskopom. V naši raziskovalni skupini smo se vrsto let ukvarjali s citološkimi analizami razvoja zrna koruze, tako da je bila podobna analiza teozintovih zrn logično nadaljevanje. Raziskava je pokazala, da so številne značilnosti, ki naj bi bile posledica udomačitve, že prisotne tudi v teozintu. Edina pomembnejša razlika med teozintom in koruzo je razporeditev endoreduplikacije – posebne oblike celičnega cikla, pri kateri se ne povečuje število celic, temveč se le podvaja jedrni DNK. Prav boljše poznavanje tega procesa bi lahko pomembno prispevalo k izboljšavi naše najpomembnejše poljščine.


    Primerjava storžev in zrn koruze in teozinta.

    Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
    Teozintova zrna smo dobili po prijateljski liniji in to so bila sploh prva, ki smo jih videli «v živo». Pri tem nam niso bile prav v nobeno pomoč objavljene slike na internetu. Tako smo bili odvisni od zaupanja v vir zrn, kar se je kasneje pokazalo za zelo naivno. Zrna smo posadili, iz njih so zrasle koruzi podobne, a precej bolj razrasle rastline  s socvetji, ki so se začela razvijati ob koncu avgusta. Cvetove smo ročno oprašili, po oploditvi pobrali nastala zrna in na njih izvedli prav vse analize, ki smo jih pred tem opravili na koruzi. Napisali smo članek in ga poslali v objavo. Recenzije so bile takoj zelo ugodne. Dobili smo le pomislek enega recenzenta, ki si je na zemljevidu ogledal Slovenijo in glede na geografski položaj menil, da bi teozint pri nas težko cvetel že avgusta. Prosil je za slike in po njihovem ogledu zaključil, da je naš teozint skrižan s koruzo. Zrna so bila večja kot teozintova, imela so še ovoj, ki ga je koruza izgubila, a je bil na vrhu odprt. Glede na to, da smo razvojne procese opazovali znotraj ovoja, je sicer sklepal, da so naši zaključki pravilni in zagotovo zelo pomembni za znanstveno sredino, ki se ukvarja s koruzo. Seveda jih je bilo potrebno izvesti na izvornem teozintu. Prijazno nam je poslal naslov, kjer smo zrna dobili in jih ponovno posadili. Pravi teozint pa v našem rastlinjaku ni cvetel ne avgusta, ne septembra, niti oktobra in novembra. Ko smo že skoraj izgubili upanje, smo kot božično darilo zagledali prva socvetja. Vse naprej je bilo le še vprašanje ponovne analize.

    Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
    Nove raziskave večinoma potekajo na Nacionalnem inštitutu za biologijo, kjer je sedaj zaposlena Marina Dermastia, a še vedno pri njih sodelujeta ameriška skupina ter Aleš Kladnik in Jasna Dolenc Koce z Biotehniške fakultete. Usmerjene so predvsem v molekulske analize endoreduplikacije v zrnu koruze in z njim povezanih genov celičnega cikla.