Cred că secretul producerii culturilor rezistente la seceta extremă, care ar putea să confere siguranţă alimentară lumii, stă în plantele care învie, prezentate aici, într-o stare extrem de uscată. Aţi crede că aceste plante par moarte, dar nu sunt. Daţi-le apă, şi vor învia, vor înverzi, vor începe să crească în 12 - 48 de ore. De ce aş sugera că producerea plantelor rezistente la secetă va genera securitate alimentară? Populaţia actuală a Pământului e de aproape 7 miliarde. Se estimează că până în 2050, vom fi între 9 şi 10 miliarde de oameni, majoritatea acestei creşteri producându-se în Africa. Organizaţia pentru Alimentaţie şi Agricultură a estimat că avem nevoie de o creştere de 70% a producţiei agricole actuale ca să acoperim cererea. Plantele fiind la baza lanțului alimentar, cea mai mare parte vine de la ele. Procentul de 70% nu ține cont de eventualele schimbări climatice. E un extras dintr-un studiu DAI din 2011, care a luat în considerare toate efectele posibile ale schimbărilor climatice și le exprimă, printre altele ca: ariditate crescută cauzată de lipsa ploilor sau de ploile rare. Zonele roșii de aici sunt zone care până de curând au fost cultivate cu succes, dar nu mai pot fi, din cauza lipsei precipitațiilor. Aceasta e situația preconizată pentru 2050. Mare parte a Africii, de fapt mare parte a lumii, va avea probleme. Va trebui să gândim procedee foarte inteligente prin care să producem hrana şi ar fi bine ca între ele să fie câteva culturi rezistente la secetă. Celălalt lucru de amintit despre Africa e că majoritatea culturilor lor depind de apa de ploaie. Să faci culturi rezistente la secetă nu e cel mai uşor lucru din lume. Motivul e apa. Apa e esenţială vieţii pe această planetă. Toate organismele vii cu metabolism activ, de la microbi la voi şi la mine, sunt compuse predominant din apă. Toate reacţiile vieţii se produc în apă. Pierderea unei mici cantităţi de apă, duce la moarte. Noi avem 65 % apa; pierdem 1% din asta, murim. Dar ne putem adapta comportamental ca să evităm asta. Plantele nu pot. Ele sunt fixate în pământ. La început au mai multă apă decât noi, – cam 95% apă – şi pot pierde ceva mai mult decât noi, – între 10 şi 70%, funcţie de specie – dar numai pentru scurt timp. Majoritatea vor încerca să reziste sau să evite pierderea apei. Exemple extreme de plante rezistente sunt cele suculente. Tind să fie mici, foarte atractive, dar menţin apa cu efortuti atât de mari încât cresc extrem de greu. Exemple de evitare a pierderii apei se găsesc la copaci şi arbuşti. Îşi înfig foarte adânc rădăcinile, extrag apă din rezervele subterane şi o circulă prin ele continuu, menţinându-se hidratate. Cea din dreapta e un baobab, numit și copacul răsturnat, pentru că raportul dintre rădăcini şi ramuri e atât de mare încât copacul pare plantat cu susul în jos. Desigur rădăcinile sunt necesare pentru hidratarea plantei. Poate cea mai comună strategie de evitare o găsim la plantele anuale. Majoritatea hranei noastre vegetale e formată din plante anuale. Pe coasta de vest a ţării mele, în majoritatea anului nu prea creşte vegetaţia dar când vin ploile de primăvară, avem: înflorirea deşertului. Strategia în cazul anualelor e să se dezvolte în sezonul ploios. La sfârşitul acelui sezon, ele produc sămânţa, care e uscată, 8 - 10% apă, dar foarte vie. Orice e atât de uscat, dar încă viu, spunem că e rezistent la desicare. În stare desicată seminţele rezistă în condiţii extreme perioade lungi. La următorul sezon ploios, ele germinează şi cresc, şi întregul ciclu începe din nou. Mulţi cred că evoluţia seminţelor rezistente la desicare a făcut posibilă colonizarea şi răspândirea plantelor care înfloresc – a angiospermelor – pe uscat. Înapoi la anuale, principala noastră formă de rezervă de hrană. Grâul, orezul şi porumbul formează 95% din hrana noatră vegetală. O strategie grozavă pentru că poţi produce multe seminţe în timp scurt. Seminţele sunt bogate în energie, multe calorii alimentare pot fi stocate în vremuri de belşug pentru perioadele de foamete, dar au şi un dezavantaj: țesutul vegetativ, rădăcinile şi frunzele anualelor, nu au rezistență ereditară sau adaptare la evitarea sau tolerarea secetei. Pur şi simplu nu au nevoie. Se dezvoltă în sezonul ploios şi au seminţe care le ajută să supravieţuiască restul anului. Astfel, în ciuda eforturilor concertate în agricultură, ca să se realizeze culturi cu proprietăţi îmbunătăţite privind rezistenţa, evitarea şi toleranţa- mai ales rezistenţa şi evitarea, pentru că am avut modele bune ca să le înţelegem - încă vedem imagini ca aceasta: Cultură de porumb în Africa, două săptămâni fără apă şi e moartă. Există o soluţie: plante care învie. Aceste plante pot să piardă 95% din apa celulară, să rămână într-un mediu uscat, ca şi moarte, luni, până la ani şi dă-le apă: înverzesc şi încep să crească din nou. Ca şi seminţele, acestea sunt rezistente la uscare. Ca şi seminţele, pot rezista condiţiilor de mediu extreme. Acesta e un fenomen foarte rar. Sunt numai 135 de specii de angiosperme ce pot face asta. Vă voi arăta o filmare a procesului de înviere a acestor trei specii, în această ordine. În partea de jos, e axa timpului, ca să vedeţi cât de repede se întâmplă. (Aplauze) Uimitor, nu? Mi-am petrecut ultimii 21 de ani încercând să înţeleg cum fac ele asta. Cum se usucă aceste plante fără să moară? Am lucrat cu diverse plante care învie, prezentate aici în stare uscată, din mai multe motive. Unul din ele e că fiecare din aceste plante serveşte ca model pentru o alta pe care o vreau rezistentă la secetă. În stânga sus, de exemplu, e o iarbă, se numeşte Eragrostis nindensis, are o rudă apropiată numită Eragrostis tef - mulţi s-ar putea să o ştiţi ca "teff"- e hrană de bază în Etiopia, nu conţine gluten, şi am dori să o facem rezistentă la secetă. Celălalt motiv pentru cercetarea unor plante, e că, cel puţin iniţial, am vrut să aflu: fac ele acelaşi lucru? Folosesc toate aceleaşi mecanisme ca să poată pierde atâta apă fără să moară? Aşa că am încercat o abordare numită biologie sistemică pentru a înţelege în detaliu toleranţa la desicare, în care cercetăm tot de la nivel molecular la întrega plantă, ecofiziologic. De exemplu urmărim schimbările din anatomia plantei în timpul uscării şi ultrastructura lor. Cercetăm transcriptomul, – o tehnologie prin care studiem dacă genele sunt activate sau nu, ca urmare a uscării. Majoritatea genelor codează proteine aşa că cercetăm proteomul. Ce proteine se produc ca răspuns la uscare? Unele proteine proteine vor coda enzime care fac metaboliţi, aşa că cercetăm metabolomul. E important, pentru că plantele sunt fixate în pământ. Ele folosesc un arsenal chimic foarte specializat pentru a se proteja de toate constrângerile mediului în care trăiesc. E important să cercetăm schimbările chimice ce se produc la uscare. În ultimul studiu pe care l-am făcut la nivel molecular, am cercetat lipidomul – răspunsul lipidelor la uscare. Acest lucru e important pentru că toate membranele biologice sunt făcute din lipide. Formează membrane pentru că sunt în apă. Dacă iei apa, membranele se prăbuşesc. Lipidele actionează şi ca semnale pentru activarea genelor. Apoi folosim studii fiziologice şi biochimice ca să încercăm să înţelegem funcţiile presupuşilor protectori pe care i-am descoperit în alte studii. Folosind toate astea încercăm să înţelegem cum face faţă planta mediului său natural. Mereu am considerat că trebuie să înţeleg în detaliu mecanismele toleranţei la desicare ca să fac o propunere pertinentă de aplicaţie biotică. Sunt sigură că unii gândiţi: „Prin aplicaţie biotică, vrea să spună că va crea culturi modificate genetic?" Răspunsul la această întrebare e: depinde ce înţelegeţi prin modificare genetică. Toate culturile pe care le consumăm azi, grâu, orez, porumb, sunt foarte modificate genetic faţă de strămoşii lor, dar nu le considerăm modificate genetic pentru că sunt produse prin înmulţire convenţională. Dacă întrebarea e: voi pune gene ale plantelor care învie în culturi? Răspunsul e da. Ca să câştigăm timp, am încercat această abordare. Mai precis, câţiva colaboratori ai mei de la UCT, Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen, au deschis acest drum şi vă voi arăta curând câteva rezultate. Vrem să demarăm o abordare foarte ambiţioasă, în care dorim să activăm pachete întregi de gene care sunt deja prezente în toate culturile. Doar că nu au mai fost activate în condiţii de secetă extremă. Vă las pe voi să decideţi daca asta e modificare genetică sau nu. Acum vă voi prezenta câteva date din acea primă abordare. Pentru a face asta, trebuie să explic puţin cum funcţionează genele. Probabil că ştiţi: genele sunt formate din spirale duble de ADN împletite strâns în cromozomi prezenți în fiecare celulă a corpului nostru sau al plantelor. Dacă desfăşori acel ADN, obţii gene. Fiecare genă are un activator, care e doar un întrerupător pornit / oprit, zona de codare a genei şi apoi un terminator, care indică sfârşitul genei, și începe următoarea genă. Promotorii nu sunt simple întrerupătoare pornit / oprit. În mod normal, ei necesită multă calibrare, multe lucruri trebuie să fie prezente şi corecte, înainte ca gena să fie activată. Ce se face uzual în studiile biotehnice e că folosim un promotor inductibil, pe care ştim cum să îl activăm. Îl ataşăm genelor care ne interesează, le punem într-o plantă şi urmărim răspunsul acesteia. În studiul despre care voi vorbi, colegii mei au folosit un promotor indus de secetă, pe care l-am descoperit într-o plantă care învie. Interesant în cazul acestui promotor e că noi nu facem nimic. Planta simte seceta automat. L-am folosit să stimulăm genele antioxidante din plantele care învie. De ce genele antioxidante? Ei bine, toate solicitările, în special seceta, provoacă formarea radicalilor liberi, sau specii reactive de oxigen, care sunt foarte distructive şi pot duce la moartea culturii. Antioxidanţii opresc această distrugere. Aici e un studiu privind un soi de porumb care e foarte răspândit în Africa. La stânga săgeţii sunt plantele fără gene, la dreapta, plantele cu gene antioxidante. După trei săptămâni fără apă, cele cu genele o duc mult mai bine. Acum, abordarea finală. Cercetările mele au arătat că există asemănări considerabile între mecanismele de rezistenţă la uscare ale seminţelor şi ale plantelor ce învie. M-am întrebat dacă folosesc aceleași gene? Adică: plantele care învie folosesc genele toleranței la desicare ale semințelor pentru rădăcini şi frunze? Le-au realocat același efect în rădăcini și frunze? Am găsit răspunsul în multiplele cercetări efectuate de grupul meu, şi o colaborare recentă cu grupul lui Henk Hillhorst din Olanda, cu Mel Oliver din Statele Unite şi Julia Buitink din Franţa. Răspunsul este da, există un nucleu de gene implicate în ambele cazuri. Voi ilustra acest lucru foarte simplist pentru porumb, unde cromozomii de sub întrerupător reprezintă toate genele necesare pentru rezistenţa la desicare. La sfârşitul perioadei de dezvoltare, pe măsură ce se usucă, seminţele de porumb activează aceste gene. Plantele care învie activează aceleaşi gene atunci când se usucă. Așadar, toate culturile moderne au aceste gene în rădăcini şi frunze, doar că nu le activează niciodată. Le activează doar în seminţe. Acum încercăm să înţelegem semnalele celulare şi din mediu care activează aceste gene în plantele care învie, ca să reproducem procesul la culturi. Ca un gând final: ce încercăm noi să facem foarte rapid e să repetăm ce a făcut natura în evoluţia plantelor care învie, acum cam 10 - 40 de milioane de ani. Eu şi plantele mele vă mulţumim pentru atenție. (Aplauze)