Az alacsony növekedésű (féltörpe) búzafajták megjelenése és elterjesztése az 1950-es évektől kezdve óriási termésnövekedést eredményezett világszerte, elindítva a „zöld forradalom“-ként ismert mezőgazdasági fejlődést. Az innovatív mezőgazdasági megoldások eredményeként több mint egymilliárd ember menekült meg az éhezéstől. Az új, féltörpe növekedésű búzafajták rendkívül kedvezően reagáltak a műtrágyázásra, hiszen a tápanyagokat a szár hosszabbítása helyett a termés növelésére fordították, így a tápanyag nagyobb része összpontosult a búzaszembe. További előny, hogy a féltörpe búzák nagyobb és nehezebb kalászai ellenére az alacsony szár védettséget biztosít a megdőlés ellen. A ma Magyarországon köztermesztésben levő búzafajták mindegyike hordoz valamilyen törpeség jelleget, amelyről ma már tudjuk, hogy genetikailag meghatározott.
A törpeséget okozó allélok eredete és elterjedése A törpebúzák világraszóló sikere az 1900-as évek második felében csúcsosodott ki, azonban megjelenésük sokkal korábbra tehető. 1873-ban Horace Capron amerikai agrármegbízott írta le először, hogy „a japán gazdák tökélyre fejlesztették a törpeség művészetét”. Jelentései szerint a búza szára alig esett 60 cm fölé és leggyakrabban 50 cm alatt volt, amely magasságot semmilyen módon nem haladta meg a tápanyagban gazdag talajon sem, így ellenállva a megdőlésnek. Japán-amerikai fajták keresztezésével állították elő a világszer-te ismert ’Norin 10’-et, amelyből később többéves szelekcióval válogattak ki nemesítésre alkalmas vonalakat. 1961-ben minősítették a ‚Gaines‘ nevű, nagy termőképességű búzafajtát, amely átlagos talajon 5-20%-kal termett többet a korabeli, legjobban termő búzánál, azonban műtrágyázással a termésnövekedés elérte az 50%-ot.
Európába az olaszországi nemesítési programokon keresztül érkeztek először alacsony búzafajták. 1912-ben kezdték el bevonni a japán fajtákat a nemesítési programokba azzal a céllal, hogy megdőlésnek ellenálló, korai búzafajtákat állítsanak elő. A legfontosabb keresztezési partner az ’Akagomughi‘ volt, amely az Rht8 törpeségi gént hordozta és olyan búzafajták előállításához vezetett, mint az ’Arditó‘ (1916) és a ’Mentana‘ (1918). Az új olasz fajták a világ számos országában népsze rűvé váltak, hozzájárulva pl. az argentin fajták megújulásához és olyan orosz búzafajták nemesítéséhez, mint a ’Bezosztaja‘. 1932-ben máraz olasz termőterületek 25%-án fél törpe fajtákat termesztettek.
A magyarországi terméshozamok a századfordulón nagyon kedvezőtlenek voltak. A búzatermés alig érte el az 1,2 t/ha-t és ez az érték sokáig stagnált. Az 1960-as évek elejétől Magyarországon is elinduló mezőgazdasági technológiai forradalom az évtized közepére már önellátást biztosított az évi 2 t/ha-os termésátlaggal. 1971-ben a magyar búzatermesztés elérte a 3 t/ha, majd 1985-től az 5 t/ha-os hozamot, lehetővé téve a gabonaexportot, ezzel jelentős jövedelemhez juttatva az országot. A magasabb termésátlagokat először olasz fajtákkal értük el, majd a számos Magyarországon előállított féltörpe fajta is köztermesztésbe került. A törpeség okai és a magas hőmérséklet hatása A féltörpe búzafajták rövid szárnövekedése genetikailag meghatározott tulajdonság, különböző törpeség gének (rövidítés: Rht gének, Reduced height genes) mutáns változatainak köszönhető, amelyek több eltérő mechanizmus útján alakíthatják ki a törpeséget. A törpeséget okozó mutáns Rht gének egy része, ún. gibberellin érzéketlen törpeséget okoz, amelynek hátterében az áll, hogy a gibberellin (GA) növekedésserkentő hormon nem képes kifejteni hatását. Ezen fajták üvegházi kísérleteiben megfigyelték, hogy bizonyos körülmények között termékenységük jelentősen csökken, ami komoly terméskieséshez vezetett. A termékenységcsökkenés az üvegházban tavasszal kialakuló magasabb hőmérsékletek megjelenése után jelentkezett. Feltételezték, hogy a gibberellin-érzéketlenséget okozó genetikai háttér hőmérséklet-érzékenységet okozhat, különösen a növények generatív fejlődésének korai szakaszában (tavasszal). Bár mind az európai, mind a nemzetközi búzafajták túlnyomó többsége hordoz mutáns Rht géneket, a hőstressz által előidézett terméketlenség mértéke és annak okai máig ismeretlenek.
A következő évtizedekben a tavaszi hőmérsékletek várhatóan jelentősen megemelkednek és 2050-re meghaladhatják a napi 30 °C-os maximumot. A természetben tavasszal alakulnak ki a búza ivarsejtjei, amelyet a virágzás, a megtermékenyülés, a szemtelítődés majd az érés követ. Annak érdekében, hogy a kedvezőtlen éghajlati viszonyok között megfelelő mennyiségű termést állítsunk elő, fontos feltárni az új környezeti változások hatását az ivarsejteket (petesejt, pollen) kialakító meiótikus sejtosztódásra.
A búza ivarsejteket kialakító, számfelező (meiótikus) sejtosztódás A meiózis alapvető biológiai folyamat, amely a haploid ivarsejteket alakítja ki. Az apai és anyai eredetű kromoszómapárok (homológok) szabályos továbbörökítésének előfeltétele, hogy: a homológ kromoszómák (apai és anyai) a meiózis korai szakaszában (profázis, 1 . kép) felismerjék egymást; egy cipzárszerű fehérjeszerkezet (a szinaptonémás komplex) segítségével teljes hoszszukban összekapcsolódjanak (szinapszis); egyes részeiket kicseréljék egymással (rekombináció).
Ezen folyamatok sikertelensége kromoszómakieséshez, az ivarsejtek funkcióvesztéséhez és végül terméketlenséghez és terméskieséshez vezet.
A hőstressz hatása a törpe növekedésű búzák termékenységére Martonvásáron végzett kíséreteink során azt vizsgáltuk, hogy miként hat a korai fejlődési állapotban (a természetben tavasszal) bekövetkező magas hőmérsékleti stressz a törpe növekedésű búzák termékenységére. Az ellenőrzött körülmények között alkalmazott magas hőmérsékleti stressz (30 °C) közvetlenül a meiótikus sejtosztódást megelőzően érte a búzát. ’Maris Huntsman’ búzafajta ún. közel izogén vonalait vizsgáltuk, (eredet: John Innes Centre génbank, Norwich, Egyesült Királyság), amelyek különböző törpeség allélokat hordoznak (Rht1 mutáns, Rht2 mutáns, mindkét génre mutáns és vad típus) azonban genetikai hátterük e génektől eltekintve közel azonos (2 . kép).
A közel izogén vonalakat fitotroni kamrában ellenőrzött körülmények között neveltük majd a főkalász meiózisba lépése előtt rövid ideig 30 °C-os kezelésnek vetettük alá. Ezt követően a növényeket visszahelyeztük optimális hőmérsékletre. Ezzel párhuzamosan kontroll növényeket neveltünk kedvező hőmérsékleti viszonyok között (20 °C). A fertilitás meghatározásához külön elemeztük a kalászok alsó, középső és felső régióit. Az elvégzett magas hőmérsékleti kezelés a kalászok középső és alsó régióit sújtotta leginkább, különösen az Rht2 mutációt hordozó növények estében (1 . ábra). Mindkét mutáns gén jelenléte optimális körülmények között is alacsony fertilitást okozott és hőstressz hatására ezen növények bizonyultak a leginkább terméketlennek.
Annak érdekében, hogy hogy betekintést nyerjünk a terméketlenség hátterébe, sejtbiológiai vizsgálatokat végeztünk. Nagy felbontású mikroszkópia segítségével kimutattuk, hogy a hőstressznek kitett féltörpe és törpe növények meiózisa során jelentősen megnőtt a sejtosztódási rendellenességek száma. Eredményeink igazolták, hogy valóban a meiózisban bekövetkező eltérések tehetők felelőssé a fertilitás visszaeséséért. Kísérleti programunk megmutatta, hogy rendkívül fontos olyan búzafajták létrehozása, amelyek ugyan alacsony növekedésűek, bőtermőek, azonban ellenállóak a magas hőmérséklet hatásaival szemben. Célunk, olyan féltörpe vonalak kiválogatása, amelyek a magas hőmérsékleti stressz esetén is megőrzik termékenységüket.
Köszönetnyilvánítás: A cikkben bemutatott kutatás az NKFIH FK 124266 és 129221 számú pályázatainak támogatásával, az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-20-5 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával és az MTA Sepsi Adél részére nyújtott Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának támogatásával valósult meg.
Forrás: Agrofórum