Pasaulyje yra apie 1 700 augalų genų bankų. Globaliai organizuota sėklų bankų veikla skirta genetinių išteklių įvairovei saugoti, evoliucinės biologijos ir teisinėms studijoms bei kitiems tikslams. Pagrindinis visų sėklų bankų uždavinys - išlaikyti sėklų ilgaamžiškumą.

Pasaulinis Svalbardo sėklų centras Norvegijoje (Svalbard Global seed Vault) yra pagrindinis visų augalų genų bankų koordinatorius. Šiuo metu tai didžiausia pasaulyje augalų, skirtų maistui ir žemės ūkiui, genetinių išteklių saugykla. Jame saugomi įvairių šalių žemės ūkio augalų sėklų dublikatai. Saugomų dublikatų duomenų bazė Svalbarde integruota su pasaulinės pavyzdžių duomenų bazės sistema.

Kas lemia sėklų ilgaamžiškumą?

Sėklų ilgaamžiškumo ir gyvybingumo palaikymas - vienas iš svarbiausių fiziologinės augalų raidos veiksnių. Sėklų ramybė apibrėžiama kaip laikinas gyvybingų sėklų nedygimas, o sėklų ilgaamžiškumas - kaip sausai saugotų sėklų gyvybingumas. Augaluose bendriniai sėklų ilgaamžiškumo ir sėklų ramybės aspektai išsamiai netirti, daugelis tyrimų yra nauji ir dar tik pradedami. Sėklų pavyzdžiai turi būti periodiškai tikrinami, atliekami jų daigumo tyrimai ir atnaujinama saugoma medžiaga. Didžiausią indėlį į genų bankų istoriją įnešė Prancūzijos, Norvegijos, Vokietijos ir Pietų Amerikos mokslininkai.

Aplinkos sąlygos per auginimą ir po derliaus nuėmimo turi įtakos sėklų ilgaamžiškumui. Siekiant optimizuoti sėklų nuėmimo laiką, naudojami chlorofilų fluorescencijos metodai, o laikant sėklas, naudojamas aukštas deguonies slėgis.

Tyrėjų iš Nyderlandų teigimu, morfologiniai sėklų senėjimo požymiai naudojant aukštą deguonies slėgį, buvo panašūs į tuos, kurie pasireiškė po natūralaus senėjimo, laikant sausomis sąlygomis. Skirtingų rūšių augalų sėklų reakcija buvo nevienoda. Miežiai pasirodė tolerantiškesni laikymui aukšto slėgio deguonies sąlygomis, palyginti su salotomis, kopūstais ir sojomis. Sėklų laikymas, naudojant aukšto slėgio deguonį, gali būti efektyviai naudojamas kaip naujas ir palyginti greitas sėklų senėjimo fiziologijos ir biochemijos studijų įvairiuose sėklų drėgmės lygiuose ir temperatūrose būdas.

Vienas iš veiksnių, siekiant padidinti sėklų ilgaamžiškumą, yra sėklų džiovinimo temperatūros pakėlimas pradiniame džiovinimo etape. Tai, kaip sėklos toleruoja aukštą ar žemą džiovinimo temperatūrą, yra tiesiogiai susiję su sėklų drėgnumu per derliaus nuėmimą.

Mokslininkai daug dėmesio skiria meteorologinių sąlygų įtakai augalams augant ir per sėklų derliaus nuėmimą. Esant nepalankioms sąlygoms, sėklų derlius ir daigumas greitai mažėja. Pagrindinis neigiamas veiksnys yra drėgna vasara - dėl to užsitęsia augalų žydėjimas, sėklos lėčiau ir nevienodai bręsta, vėliau nuimamas derlius. Esant ypač drėgnam orui rudenį, labai sulėtėja sėklų džiovinimo procesai.

Saugomų sėklų genetinio kitimo tyrimai atlikti naudojant dirbtinio sendinimo metodus, kai sėklos 2-3 paras buvo laikomos 43-45 oC temperatūroje, aukštos 85- 100 proc. santykinės drėgmės aplinkoje.

Nyderlandų mokslininkai, tyrinėdami sėklų senėjimo, dygimo energijos mažėjimo mechanizmus, nustatė, kad baltažiedžių vairenių (Arabidopsis thaliana) izogeninių linijų sėklų ilgaamžiškumą lemia dirvožemio agrocheminė būklė ir aplinkos, kurioje augo tėviniai augalai, sąlygos. Taip pat nustatyta neigiama koreliacija tarp sėklų trumpaamžiškumo ir gilios jų ramybės ir atvirkščiai.

Naudojant molekulinius markerius, transkriptomų ir proteomines analizes, būtų galima lengviau nustatyti ir kontroliuoti sėklų ilgaamžiškumo mechanizmus. Molekulinės kviečių ir kitų augalų kokybinių požymių analizės duomenys parodė, kad iš agronominių požymių tik sėklų svoris turi potencialios įtakos sėklų ilgaamžiškumui.

Abscizo rūgštis yra aktyvus inhibitorius ir dideliais kiekiais kaupiasi biologiškai neaktyviose sėklose. Praėjus sėklų ramybės tarpsniui, abscizo rūgšties koncentracija mažėja. Prancūzų tyrėjų gauti rezultatai patvirtino, kad neaktyvi abscizo rūgšties forma (ABI5) yra transkriptorinis veiksnys, aktyvuojantis abscizo rūgštį ir reaktyvinius augalų sėklų ir daigų streso genus. Jie įrodė, kad neaktyvi abscizo rūgšties forma yra pagrindinis vėlyvos pupinių augalų sėklų brandos reguliatorius, turintis įtakos sėklų ilgaamžiškumui, oligosacharidų akumuliacijai ir chloroplastų dediferenciacijai.

Sėklos apvalkalėlis yra aktyvių medžiagų, skatinančių augalų augimą, rezervas. Tai gali turėti svarbią reikšmę sėklų daigumui ir daigų augimui.

Anglų mokslininkai pristatė tyrimų, kaip sėklų ilgaamžiškumą lemia augalų genomo vientisumas, rezultatus. Palaikyti genomo vientisumą yra labai svarbu sėklos tarpsniu ir tai turi didelę įtaką augalo fiziologijos DNR atkūrimo ir rekombinacijos mechanizmuose.

Per kviečių sėklų sendinimo eksperimentą prancūzų tyrėjai nustatė tirpių karbohidratų ir antioksidacinės sistemos pokyčius. Grūdų gyvybingumo praradimas, juos sendinant 45 oC temperatūros ir 100 proc. santykinės drėgmės sąlygomis, susijęs su žymiu sacharozės sumažėjimu ir nežymiu rafinozės kiekio padidėjimu. O laikant žemesnės (35 oC) temperatūros ir santykinės drėgmės (80 proc.) sąlygomis, padidėjo ir sacharozės, ir rafinozės kiekiai.

Vokietijos augalų genų banko saugyklose

Vokietijos augalų genų bankas apima duomenų rinkimą, saugojimą ir augalų genetinių išteklių paskirstymą. Iš viso yra saugoma 151 000 augalų pavyzdžių, 3 212 augalų rūšių ir 776 gentys. Genų bankas turi vieną unikaliausių kolekcijų visame pasaulyje ir daug prisideda prie kultūrinių augalų ir su jais susijusių laukinių rūšių išnykimo prevencijos.

Didelė dalis augalų sėklų kolekcijos saugoma -18 °C temperatūroje ir 50-60 proc. drėgmėje. Kiti augalų genetiniai ištekliai yra saugomi kaip vegetatyvinė medžiaga, kuri užkonservuojama, saugojama lauko kolekcijose, naudojant in vitro ir kriosaugojimo metodus (laikant žemose temperatūrose).

Dauguma sukauptos informacijos saugoma elektroninėse duomenų bazių sistemose. Siekiama toliau tobulinti augalų pavyzdžių rinkimo valdymą. Viena iš mokslinių tyrimų sričių yra strategijų ir metodų, skirtų pagerinti augalų genetinių išteklių panaudojimą, kūrimas. Didžiausias dėmesys skiriamas grūdinių augalų genetiniams ištekliams. Laikomų pavyzdžių morfobiologinės ir fiziologinės savybės vertinamos fenotipavimo laboratorijoje su specialia įranga.

Augalų genų bankuose saugomi sėklų pavyzdžiai, o įvairūs tyrimai - augalų selekcijos mokslinių tyrimų centruose. Vienas iš tokių - „Strube" (Strube research Gmbh.). Tai vidutinio dydžio šeimos įmonė, vadovaujama Sina Isabel Strube, dr. Christian Putensen-Strube ir dr. Christoph Hauser. Tyrimai centre atliekami modernia technine įranga. Pagal produktyvumo, atsparumo patogenams ir aplinkos poveikiui požymius nustatoma selekcionuojamų žemės ūkio augalų genomo struktūra.

Selekcijos ir sėklininkystės darbui pagerinti ir pagreitinti naudojami biotechnologiniai labai tikslūs metodai, rodantys ir siūlantys patikimas gaires individualių augalų ir augalų hibridų atrankai. Siūlomos augalų veislės atsparios ligoms ir pritaikytos atskiriems regionams pagal jų klimatines sąlygas. Vykdoma cukrinių runkelių, kviečių, saulėgrąžų, žirnių ir saldžiųjų kukurūzų sėklininkystė, atliekami sėklų kokybės tyrimai.

Pagrindinis sėklininkystės tikslas yra augalų sėklų kokybė, garantuojanti greitą ir aukštą homogeninį daigumą. Kompanija vykdo augalų selekciją ir sėklininkystę tarptautiniu mastu. Daugiau kaip 180 cukrinių runkelių, kviečių, saulėgrąžų, žirnių ir saldžiųjų kukurūzų veislių yra platinama 35 Europos, Azijos ir Pietų Amerikos šalyse. „Strube" sukurtos cukrinių runkelių veislės yra auginamos ir Lietuvoje.

***

Konferenciją „Sėklos ateities kartoms - ilgaamžiškumo veiksniai", šių metų vasarą vykusią Vokietijoje, organizavo Tarptautinė sėklininkystės draugija (angl. International Society for Seed Science (ISSS)), joje dalyvavo 211 tyrėjų iš 44 pasaulio šalių. Mūsų šaliai atstovavo Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Sodininkystės ir daržininkystės instituto mokslininkės Rasa Karklelienė ir Danguolė Juškevičienė, kurios pristatė mūsų šalyje atliekamus morkų sėklų ir česnakų generatyvinės raidos tyrimus.