Ένα συγκεκριμένο φυτό ντομάτας, που καλλιεργήθηκε το 2018 στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, είναι πολύ διαφορετικό από τις παραδοσιακές ντομάτες που καλλιεργούμε ακόμα και στην βεράντα του σπιτιού μας.

Με χαρακτηριστικό τα μακριά φύλλα και τους μικρούς κόκκινους καρπούς, αυτό το άγριο είδος ντομάτας από το Περού και τον Ισημερινό, ονομάζεται Solanum pimpinellifolium, και είναι γνωστό και ως ντομάτα κόκκινης σταφίδας. Με μια πιο προσεκτική παρατήρηση γίνεται εμφανής η μοναδικότητα του φυτού.

Είναι πιο συμπαγές, με λιγότερα κλαδιά αλλά περισσότερους καρπούς. Οι καρποί είναι επίσης λίγο πιο σκούροι από ό,τι συνήθως, λόγω αυξημένου λυκοπενίου, ενός αντιοξειδωτικού που συνδέεται με χαμηλότερο κίνδυνο πρόκλησης καρκίνου και καρδιακών παθήσεων.

Το φυτό δημιουργήθηκε από τον γενετιστή, Tomas Cermak, και τους συναδέλφους του με τη χρήση της επεξεργασίας γονιδίων Crispr, μιας βραβευμένης με Νόμπελ τεχνολογίας που λειτουργεί σαν ένα εργαλείο «copy paste» για το γενετικό υλικό. Η τεχνική τώρα φέρνει επανάσταση στη γεωργία και βοηθά στη δημιουργία καλλιεργειών για το μέλλον.

Ο ίδιος ο Cermak ψάχνει να βρει την τέλεια ντομάτα, που θα είναι εύκολη στην καλλιέργεια, θρεπτική και νόστιμη, αλλά πιο προσαρμόσιμη σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα και στην κλιματική αλλαγή. Οι ντομάτες δεν αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και αναπτύσσονται καλύτερα ανάμεσα στους 18-25 βαθμούς κελσίου. Κάτι που ισχύει βέβαια για κάθε είδους καλλιέργεια.

Μια μελέτη του 2020 έδειξε ότι μέχρι τα μέσα του 21ου αιώνα, το 66% της καλλιεργήσιμης γης στην Καλιφόρνια που χρησιμοποιείται για ντομάτες, ενδέχεται να μην έχει την κατάλληλη θερμοκρασία, που απαιτείται για να αναπτυχθούν. Άλλες μελέτες μοντελοποίησης υποδηλώνουν ότι έως το 2050 μεγάλες εκτάσεις γης στη Βραζιλία, την Αφρική, την Ινδία και την Ινδονησία δεν θα έχουν πλέον το βέλτιστο κλίμα για την καλλιέργεια ντομάτας.

Τι άλλα προβλήματα αντιμετωπίζουν οι ντομάτες

Με την κλιματική αλλαγή ωστόσο, κάποιες πιο ψυχρές περιοχές μπορούν να ζεσταθούν και να γίνουν πιο εύπορες στο μέλλον. Μελέτες στην Ιταλία δείχνουν ότι τα ακραία καιρικά φαινόμενα, όπως καταιγίδες, χαλάζι κ.α, πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη. Η καλλιεργητική περίοδος του 2019 στη βόρεια Ιταλία αμαυρώθηκε από τους ισχυρούς ανέμους, τις υψηλές βροχοπτώσεις και τον παγετό.

Επίσης, η λειψυδρία, η οποία αναγκάζει τους αγρότες να χρησιμοποιούν χαμηλότερης ποιότητας νερό άρδευσης, που συχνά περιέχει αλάτι, οδηγεί σε αύξηση της αλατότητας στο έδαφος, το οποίο επηρεάζει κάποιες ποικιλίες ντομάτας. Τα υψηλότερα επίπεδα όζοντος κάνουν τις ντομάτες πιο ευάλωτες σε ασθένειες όπως η βακτηριακή κηλίδα στα φύλλα.

Οι ντομάτες είναι αυτή τη στιγμή η μεγαλύτερη κηπευτική καλλιέργεια στον κόσμο, οπότε τα παραπάνω σενάρια είναι ανησυχητικά. Η ανθρωπότητα παράγει 182 εκατομμύρια τόνους ντομάτας κάθε χρόνο. Επιπλέον, η ανάγκη για ντομάτες αυξάνεται συνεχώς, και τα τελευταία 15 χρόνια η παγκόσμια παραγωγή ντομάτας αυξήθηκε περισσότερο από 30% .

Μπορούν να αναπαραχθούν σε ένα σχετικά απλό γενετικό επίπεδο. «Υπάρχει περισσότερη διαθέσιμη χρηματοδότηση για έρευνα από ό,τι για άλλα είδη φυτών για την ανάπτυξη πόρων με αλληλουχίες γονιδιώματος», λέει ο Joyce Van Eck, γενετιστής φυτών στο Πανεπιστήμιο Cornell στη Νέα Υόρκη.

Συνολικά, αυτό καθιστά τις ντομάτες ιδανικές για μελέτη νέων τεχνολογιών επεξεργασίας γονιδίων, όπως το Crispr, για καλλιέργειες που θα προσαρμόζονται στο κλίμα στο εγγύς μέλλον.

Το Crispr είναι μια οικογένεια αλληλουχιών DNA που βρίσκονται στα γονιδιώματα προκαρυωτικών οργανισμών όπως βακτήρια. Μια μοριακή εργαλειοθήκη που οι επιστήμονες έχουν πάρει από βακτήρια και την έχουν αναπροσαρμόσει. Όταν τα βακτήρια δέχονται επίθεση από ιούς, συλλαμβάνουν και αποκόπτουν το DNA του ιού για να τον αποτρέψουν από το να αναπαραχθεί και έτσι τον καταπολεμούν.

Σε χρήση σε φυτά από το 2013, το Crispr επιτρέπει τώρα στους ερευνητές να τροποποιούν το γονιδίωμα με εξαιρετική ακρίβεια, για να αποκτήσουν οι καλλιέργειες τα χαρακτηριστικά που επιθυμούν. Μπορείτε να εισάγετε γονίδια, να τα διαγράψετε και να δημιουργήσετε στοχευμένες μεταλλάξεις. Έτσι δημιουργούνται καλύτερης ποιότητας καλλιέργειες και πιο ανθεκτικές.

Οι σύγχρονες ποικιλίες μπορούν να αναπτύσσονται γρήγορα και να συγκομίζονται ευκολότερα. Οι επιστήμονες αναζητούν τη γενετική δεξαμενή για να εντοπίσουν χαρακτηριστικά που μπορούν να επανεισαχθούν σε εμπορικά φυτά, κάτι που μπορούν να βρουν σε ποικιλίες προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες τοποθεσίες.

Μια μελέτη του 2021 εξέτασε το γονιδίωμα του Solanum sitiens της ντομάτας στο περιβάλλον της ερήμου Atacama στη Χιλή, η οποία μπορεί να βρεθεί σε υψόμετρα έως και 3.300 μέτρα. Η μελέτη εντόπισε πολλά γονίδια που σχετίζονται με την ανθεκτικότητα στην ξηρασία στο Solanum sitiens , συμπεριλαμβανομένου ενός εύστοχα με το όνομα YUCCA7.

Μια άλλη μελέτη συσχέτισης σε όλο το γονιδίωμα που έγινε σε 369 ποικιλίες ντομάτας, σειρές αναπαραγωγής και τοπικές καλλιέργειες, εντοπίστηκε ένα γονίδιο, που ονομάζεται SlHAK20, ως κρίσιμο για την ανοχή στο αλάτι.

Τι είναι η de novo εξημέρωση

Επιστήμονες όπως ο Cermak, το πάνε ένα βήμα παρακάτω και χρησιμοποιούν το Crispr για να εξημερώσουν είδη άγριων φυτών από την αρχή, “de novo” στην επιστήμη με ακρίβεια. Η de novo εξημέρωση του Solanum pimpinellifolium ήταν αυτό που έκαναν το 2018.

Στόχευσαν σε πέντε γονίδια στα άγρια ​​είδη για να αποκτήσουν μια ντομάτα που θα είναι πιο προσαρμοσμένη στη σύγχρονη εμπορική γεωργία, πιο ανθεκτική και πιο συμπαγής για ευκολότερη μηχανική συγκομιδή. Το νέο φυτό είχε επίσης μεγαλύτερους καρπούς από το άγριο πρωτότυπο.

Η de novo εξημέρωση θα μπορούσε επίσης να κάνει τις ορφανές καλλιέργειες πιο ελκυστικές και να λύσουν το πρόβλημα του επισιτισμού. Το Groundcherry, ένας άγριος ξάδερφος της τομάτας που παράγει γλυκά μούρα, είναι μια τέτοια καλλιέργεια που εξημερώθηκε πρόσφατα με την τεχνολογία Crispr.

Η de novo εξημέρωση θα μπορούσε να δημιουργήσει καλλιέργειες όπως το μπιζέλι, το σόργο και το teff – τα δημητριακά που προέρχονται από την Αφρική – και να τα κάνει διαθέσιμα σε ένα πολύ ευρύτερο κοινό. Το Crispr χρησιμοποιείται επίσης για τη βελτίωση διαφόρων άλλων φυτών, από μπανάνες και σταφύλια μέχρι ρύζι και αγγούρια.