35.7: Hodowla roślin i biotechnologia

Uprawa roślin ma długą historię w cywilizacji ludzkiej, a zapisy wskazują, że uprawę roślin zbożowych rozpoczęto około 8000 lat p.n.e. Ta wczesna hodowla roślin została opracowana przede wszystkim w celu zapewnienia stałych dostaw pożywienia.

W miarę postępów w zrozumieniu genetyki przez ludzi, ulepszone odmiany roślin uprawnych mogły być uzyskiwane szybciej. Sztuczna selekcja mogłaby być bardziej ukierunkowana, a odmiany roślin uprawnych ulepszone pod kątem korzystnych cech szybciej, aby produkować lepsze, bardziej wytrzymałe lub smaczniejsze rośliny.

Jednak tradycyjne techniki hodowli roślin są powolne i nie zawsze dają pożądane odmiany roślin uprawnych. Później narzędzia biotechnologiczne ułatwiły inżynierię pożądanych cech w roślinach, które w innym przypadku byłyby trudne do rozmnażania tradycyjnymi metodami. Na przykład uzupełnienie niedoborów składników odżywczych u roślin jest trudne w drodze sztucznej selekcji, a szczególnie trudne w przypadku witaminy A i żelaza. Na przykład ryż nie zawiera genów beta-karotenu, który jest prekursorem witaminy A. Zawiera jednak geny związku pirofosforanu geranylogeranylu, który można sekwencyjnie przekształcić w beta-karoten za pomocą czterech enzymów. Ryż opracowano przy użyciu genów dwóch enzymów pochodzących z żonkili i pozostałych dwóch enzymów bakterii Erwinia uredovora. Powstały plon nazywany jest złotym ryżem. Ponieważ ryż jest podstawowym pożywieniem ponad połowy świata, uprawy bioinżynieryjne, takie jak te, mogą potencjalnie odegrać rolę w zapobieganiu ślepocie u dzieci spowodowanej niedoborem witaminy A lub poprawie zdrowia krajów zależnych od ryżu.

Wiele powszechnie uprawianych roślin uprawnych ma obecnie pewien stopień modyfikacji genetycznych wprowadzonych przy użyciu biotechnologii. Na przykład kukurydza, papaja i wiele odmian ziemniaków zostało zmodyfikowanych pod kątem odporności na herbicydy, choroby lub szkodniki. Można nawet przeprowadzić modyfikację genetyczną, aby zmniejszyć produkcję alergenów, co ma miejsce w przypadku soi.

Hodowla roślin to nauka, która tworzy uprawy o pożądanych cechach, takich jak wysokie plony, lepszy smak i zwiększone odżywianie.

Takie cechy często ewoluują naturalnie w wyniku spontanicznych mutacji. Jednak proces ten jest powolny, a hodowcy często chcą określonych kombinacji cech, które nie występują w naturze.

Rolnicy mogą zidentyfikować pożądaną cechę u dzikiego gatunku i skrzyżować tę roślinę z udomowioną odmianą rośliny. W takiej krzyżówce istnieje jednak równa szansa, że potomstwo odziedziczy niepożądane cechy po dzikich gatunkach. 

Zastosowanie biotechnologii jest korzystne dla transferu genów w odległych uprawach spokrewnionych, takich jak ryż i żonkile, które mają wiele gatunków pośrednich i wymarłego wspólnego przodka. 

Tradycyjnie, hodowcy roślin potrzebowaliby wielu krzyżówek składanych przez kilka stuleci, aby przenieść niezbędne cechy potomstwa. W przeciwieństwie do tego, współcześni biotechnolodzy mogą ominąć wiele krzyżówek, aby przenieść pożądany gen między tymi roślinami.

Biotechnologia ułatwia transfer genów między dwoma różnymi gatunkami, co skutkuje unikalnym fenotypem.

Na przykład herbicyd o szerokim spektrum działania glifosat hamuje w roślinach krytyczny enzym zwany EPSPS.

Naukowcy stworzyli kukurydzę odporną na herbicydy, bezpośrednio przenosząc gen z bakterii glebowej Agrobacterium do roślin kukurydzy.

Uprawy, które zawierają bakteryjny gen tego enzymu, są odporne na hamujące działanie herbicydu. 

Ta modyfikacja genetyczna pozwala rolnikom spryskiwać swoje pola herbicydem, zabijając konkurencyjne chwasty, które zmniejszają plony, pozostawiając uprawy nienaruszone.