Míg a mesterséges megtermékenyítés az állatok esetében már több évtizedes múltra tekint vissza, a növényekben ugyanez alig öt évvel ezelőtt sikerült először. Ennek oka, hogy a női ivarsejtet nem sikerült épségben kinyerni abból az anyai szövetből, amely őt körülveszi a termőben. Ezt csak a kilencvenes években valósították meg először: az áttörést a martonvásári MTA Mezőgazdasági Kutatóintézetben a Barnabás Beáta vezette kutatócsoport érte el, búza, majd árpa és rozs petesejtekkel. Pónya Zsolt, a sejtbiológiai csoport tudományos munkatársa a növényi petesejtet egy betontömbbe zárt léggömbhöz hasonlítja; e sejttípusnak ugyanis a növényi sejtek többségétől eltérően nincsen sejtfala, ezért is olyan sérülékeny. A hím ivarsejt estében egyszerűbb az izolálás, ez a pollenszemből sokkal könnyebben előcsalogatható. “Külön megnehezíti a megtermékenyítést, hogy a hímivarsejteknek – az állati spermiumokkal ellentétben – nincsen ostoruk, vagyis képtelenek arra, hogy önállóan, aktívan befúródjanak a petesejtbe. Ezért elektromos úton idézzük elő, hogy a két sejt hártyája összeolvadjon” – magyarázza Pónya Zsolt.
MECHANIKUSAN.A petesejt kinyerését nem a kifinomult csúcstechnológia teszi lehetővé. A martonvásári kutatók mechanikus, úgynevezett mikrodisszekciós eljárást alkalmaznak. Ez egész egyszerűen azt jelenti, hogy mikromanipulációs eszközökkel kivágják a petesejtet a szövetekből, és kiúsztatják egy megfelelő töménységű oldatba. “Egy jó mikroszkóp, megfelelő tűk és ügyes kéz; ezek szükségesek a sikerhez” – sorolja Pónya. Ahhoz pedig, hogy végül bizonyosan megtermékenyíthető sejt álljon a rendelkezésre, előzetesen “kasztrálni” kell a búzát; a növény ugyanis önbeporzó, az önmegtermékenyítést pedig meg kell előzni. Ezt a portokok eltávolításával érik el.
Öszvér kalászosokA búza rokonsági körébe számos olyan növényfaj tartozik, amelyek kedvező tulajdonságokkal rendelkeznek; ha ezek ivaros keresztezéssel átvihetők a búzára, akkor gazdagítani lehet annak genetikai állományát. A fajok közötti ivaros keresztezésnek természetes korlátai vannak, ám a modern biotechnológia eszköztárával az egymással hibridizálható fajok köre kiszélesíthető. Martonvásáron nemrég a világon először őszi búza és őszi árpa fajhibridet állítottak elő. “Ha a két faj között természetes úton is végbemegy a megtermékenyülés, és az utód fejlődése csak később szenved zavarokat, akkor az embrió kipreparálásával még megmenthető az a hibrid, amely a kalászban maradva elpusztulna. A kiemelt embriót mesterséges táptalajon neveljük fel” – ismerteti a legáltalánosabban alkalmazott embriókultúrás módszert Lángné Dr. Molnár Márta, aki fajhibridek előállításával foglalkozik a növénynemesítő intézetben.
A kutatónő a keresztezés genetikai hátterét is vizsgálja. Vannak ugyanis olyan gének, amelyek a kereszteződésre való hajlamot befolyásolják. Ilyet találtak például egy egyébként értéktelen kínai búzafajtában. A “keresztező” gént hagyományos nemesítő módszerekkel sikeresen átvitték egy martonvásári búzafajtába, úgyhogy jelenleg egy jól kereszteződő magyar fajtával is rendelkeznek; az árpahibridet is ebből állították elő. A öszvér-fajok nemesítését akkor érdemes megfontolni, ha ezzel új, agronómiailag kedvező tulajdonságot lehet átvinni egyik fajból a másikba. Az egyik fontos érv a búza-árpa-hibrid nemesítés mellett, hogy az őszi árpa korábban vethető, mint az őszi búza, ez pedig minimum egy hét előnyt jelent a termesztésben. Az árpa aminosav-összetétele pedig az értékesebb takarmánygabona lehetőségét veti fel; ez a faj ráadásul bokrosodása miatt sokkal jobban tűri a szárazságot is. A kísérletek során előállított hibrideket egyelőre még nem vonták be a termesztésbe; a modellrendszer mindenesetre azt jelzi, hogy a vállalkozás nem lehetetlen.
A búza-petesejt mindössze 50 mikron átmérőjű, ez pedig egy szarvasmarha peteméretének egyötöde. Ezért az oldatban összeengedett ivarsejtek kezeléshez is finomabb mikromanipulációs eljárásokra van szükség. A fúziót logisztikailag is elő kell készíteni, mert a spermasejtek ugyan nagy mennyiségben állnak rendelkezésre, de rendkívül gyorsan elvesztik életképességüket azután, hogy a pollenszemből kinyerik őket. Ezért csupán öt-hat perc áll rendelkezésre a randevú végrehajtására.
VIZSGÁLHATÓ VÁLTOZÁSOK.A növényi mesterséges megtermékenyítés jelentősége, hogy a mikroszkóp alatt könnyebben vizsgálhatók azok a sejttani változások, amelyek a növények jól ismert tagolódásához – győkér, hajtás – vezetnek. Ezek a kutatások arra kérdésre is választ adhatnak, milyen gének játszanak szerepet a fúziót követő első osztódásokban és a sejtek sorsának kialakításában. Mindezen változások megfigyelése az anyai szövetekkel körülvett környezetben lehetetlen volna.
Mivel a sejtfúziót létrehozó fizikai törvényszerűség nem fajspecifikus, elvileg arra is lehetőség van, hogy a mesterséges megtermékenyítéssel az egyébként egymással nem kereszteződő fajok ivarsejtjeit kinyerve és kombinálva, fajok, vagy nemzetségek közötti, esetleg kiemelt agronómiai értékű hibrideket állítsanak elő. Vannak esetek, amikor pedig a keresztezés nem biológiai, csupán fizikai akadály miatt hiúsul meg, például az eltérő virágzási idejű növények esetében; a martonvásári módszerrel elvileg ez a probléma is megoldható.
Pónya Zsolt az elmúlt hónapokban arra a kérdésre kereste a választ, hogy fellép-e a növényekben az állati sejtek mesterséges megtermékenyítésekor megfigyelhető kalciumszint-változás. E fontos ion szintjének mérését szintén az intézetben kidolgozott technológia teszi lehetővé.
Az elektródák beszúrásához ugyanis, hogy a sejt el ne ússzon az oldatban, azt az erő-ellenerő törvényének értelmében meg kell támasztani. Ezt váltóáramú elektromos erőtér hatásával érik el; ennek semmilyen negatív hatása nincs, csupán immobilizálja a sejtet. Ilyen módon lehetőség nyílik arra, hogy idegen géneket, kromoszómákat szúrjanak be a mozdulatlan és rögzített petesejtbe. Pónya Zsolt a kutatóintézet egyik programjában megpróbálja beépíteni a petesejtekbe a Szegedi Biológiai Központban előállított génkonstrukciókat.