Nauka o roślinach to termin nadany szeregowi badań i studiów naukowych, które badają szacunkowo 410 000 gatunków roślin lądowych występujących na Ziemi.

Nauka o roślinach obejmuje “botanikę” od greckiego słowa βοτάνη (botanē) oznaczającego pastwisko lub paszę, w tym sensie, że obejmuje obserwację wzrostu i cech roślin oraz badanie relacji między roślinami i ich środowiskiem. Ale jest to również dużo, dużo więcej…

Ogromna różnorodność badań objętych pod parasolem terminu “nauka o roślinach” jest dobrze reprezentowana w Centrum Johna Innesa.

Na przykład laboratorium profesora Enrico Coena bada, jak małe grupy komórek w mikroskopijnych pąkach przekształcają się w różnorodne kształty kwiatów i liści, które widzimy wokół nas.

Grupa profesora Raya Dixona koncentruje się na tym, jak rośliny reagują na wskazówki środowiskowe na poziomie molekularnym, aby spróbować zrozumieć proces biologicznego wiązania azotu w bakteriach i jego regulacji.

Biochemia i pierwotny metabolizm roślin, w tym chemikalia i cząsteczki przez nie wytwarzane oraz interakcja roślin ze szkodnikami i chorobami to ważne obszary badań.

Profesor Sarah O’Connor opublikowała obszerną pracę na temat biosyntezy złożonych chemikaliów przez rośliny, które mogą być bardzo trudne do wykonania w laboratorium. Jako takie, potencjał do wykorzystania roślin jako fabryki może być bardzo cenne. W końcu rośliny już teraz doskonale radzą sobie z wytwarzaniem złożonych związków chemicznych, na przykład barwinek madagaskarski produkuje winblastynę i winkrystynę, które są stosowane jako leki przeciwnowotworowe. Jest niemożliwe, aby produkować te cząsteczki w konwencjonalnym laboratorium, ale może to być możliwe, aby wykorzystać moc roślin do produkcji tych ratujących życie leków szybciej i taniejr w przyszłości.

Tradycyjnie “Botanika” obejmowała również badania grzybów i glonów, z których oba pozostają przedmiotem badań w Centrum Johna Innesa.

Laboratorium profesora Barrie Wilkinsona na przykład, bada odkrycie i biosyntezę mikrobiologicznych produktów naturalnych, w tym wytwarzanych przez bakterie i grzyby, z których oba są głównym źródłem farmaceutyków do leczenia chorób zagrażających życiu.

Aby to uzupełnić, dr Martin Rezjek pracuje nad tanią, bezpieczną i skuteczną metodą radzenia sobie ze szkodliwymi zakwitami glonów.

Genetyka roślin

W XXI wieku coraz większa liczba naukowców zajmujących się roślinami pracuje nad zrozumieniem genetyki roślin.

Wielu gatunkom zsekwencjonowano całe genomy, a dane te zostały udostępnione i wykorzystane do zrozumienia, w jaki sposób genetyka roślin uprawnych może umożliwić rozwój nowych odmian, które są bardziej odporne na zmiany klimatu lub bardziej pożywne dla ludzi.

Pierwszą rośliną, której cały genom został zmapowany, był “niezbyt pokorny chwast”, “roślina modelowa”, Arabidopsis thaliana (rzeżucha talejska). Dokonał tego międzynarodowy zespół badawczy składający się z ponad 200 naukowców z 35 laboratoriów. Nasz własny profesor Mike Bevan nadzorował koordynację sekwencjonowania chromosomu 4.

W Centrum Johna Innesa dążymy do zwiększenia zrozumienia genetyki i biologii roślin oraz do wykorzystania bioróżnorodności roślin w celu zwiększenia wydajności upraw w sposób zrównoważony.

W 2018 roku, współpracując z kolegami w Earlham Institute, The Sainsbury Laboratory i European Bioinformatics Institute, byliśmy w stanie opublikować najbardziej dokładne i kompletne analizy sekwencji DNA notorycznie złożonego genomu pszenicy do tej pory.

W międzyczasie, dr Judith Irwin, pracując z Dame Professor Caroline Dean, przełożył nasze zrozumienie, jak rośliny kontrolują i regulują czas kwitnienia z podstawowych badań przy użyciu Arabidopsis, aby umożliwić kontrolę kwitnienia w roślinie brokułów i wykorzystać tę wiedzę do opracowania nowego, szybko rosnącego brokułu.

Technologia genetyczna

Modyfikacja genetyczna i edycja genów to techniki stosowane przez naukowców roślin do zmiany cech lub właściwości roślin poprzez zmianę ich DNA.

Technologie te mogą hamować ekspresję szkodliwych cech lub wprowadzać nowe cechy, które są korzystne, i dążyć do tych samych celów, co tradycyjna hodowla roślin, ale w bardziej kontrolowany i szybszy sposób.

Polegamy na roślinach jako źródle pożywienia, a to oznacza, że zmiany środowiskowe, w tym zmiany klimatyczne, mają poważne konsekwencje dla ludzkości.

Zrozumienie i zachowanie bioróżnorodności roślin są kluczowe dla ochrony naszych dostaw żywności i dla ratowania ikonicznych gatunków, takich jak jesion wyniosły (Fraxinus excelsior).

Zrozumienie wpływu środowiska na rośliny i ich geny oraz praca nad projektowaniem przyszłej pszenicy są przedmiotem dwóch strategicznych programów w Centrum Johna Innesa.

Nauka o roślinach w Centrum Johna Innesa

Nasza własna historia w nauce o roślinach sięga początku XX wieku i śmierci londyńskiego dewelopera i filantropa Johna Innesa (1829-1904).

W testamencie Innesa zapisano, że większa część jego fortuny ma być przeznaczona na założenie szkoły ogrodniczej lub lokalnego muzeum i galerii sztuki.

Aby zadecydować o losie spadku, utworzono organizację charytatywną John Innes Charity (obecnie John Innes Foundation). Po jej utworzeniu organizacja ta prowadziła długotrwałe negocjacje z Radą Rolnictwa, Radą Edukacji i Komisarzami Dobroczynności, którzy w końcu zgodzili się na utworzenie nowego instytutu.

Instytut Ogrodniczy Johna Innesa miał być zaawansowaną szkołą szkoleniową dla ogrodników, stacją badawczą zajmującą się hodowlą owoców oraz instytucją zajmującą się “eksperymentami i badaniami ogrodniczymi z naciskiem na genetykę roślin”.

Ponad 100 lat później Centrum Johna Innesa jest uznawane za światowego lidera w dziedzinie genetyki, badań mikrobiologicznych i nauki o roślinach.