Villiperunan stressigeeni perunan kylmänkestävyys- ja varastointiominaisuuksien muokkaajana

Peruna (Solanum tuberosum L.) on tunnetusti herkkä abioottisille stresseille kuten alhaiselle lämpötilalle.Sillä ei ole myöskään perinnöllistä kykyä kylmäkaraistua eli lisätä kylmänkestävyyttään altistuessaanalhaisille ei-jäädyttäville lämpötiloille. Perunan yhteyttämiskoneisto kärsii kylmävioituksista jo muutamassapakkasasteessa. Myös perunan mukuloissa vanhenemisreaktiot sekä ei-toivottu tärkkelyksen hajoaminennopeutuvat niiden altistuttua alhaisille lämpötiloille.Tässä tutkimuksessa selvitettiin mahdollisuuksia parantaa perunan kylmänkestävyyttä ylituottamallaviljeltävässä perunassa kylmäkestävältä villiperunalta (S. commersonii Dun.) peräisin olevaa kylmäohjailtuastressigeeniä, glutationi S-transferaasia (GST; ScGstF1). Glutationi S-transferaasit ovat entsyymejä, jotkapoistavat kasvisoluista haitallisia molekyylejä ja jotka voivat siten lieventää erilaisten stressien seurauksenasyntynyttä aineenvaihdunnan epätasapainoa ja nopeuttaa stressistä palautumista. Siirtogeenin vaikutustaperunan kylmänkestävyyteen tutkittiin vertailemalla transformaatiokontrollin, viiden siirtogeeniäylituottavan sense-linjan (S) ja kahden siirtogeeniä alituottavan antisense-linjan (AS) fotosynteesinkylmänkestävyyttä sekä siirtogeenin ilmenemisen vaikutusta siemenperunan elinvoimaan ja sadon määrään.Fotosynteesin kylmänkestävyyttä ja palautumista stressistä tutkittiin mittaamalla klorofyllifluoresenssinalenemista (FvFm aleneminen, %), klorofyllin hajoamista (klorofyllin määrää, ug/cm3) sekä solukalvojenhapettumistuotteiden, malondialdehydin määrää (MDA, nmol/g). Siemenperunan elinvoimaa arvioitiinlaskemalla siirtogeenisten siemenperunoiden itujen ja muodostuneen kasvuston varsien lukumäärä sekämittaamalla sadon määrää.Siirtogeeniä ylituottavissa kasveissa (S) GST-entsyymin aktiivisuus oli kohonnut verrattuna kontrolli- taisiirtogeeniä alituottaviin kasveihin. Stressigeeniä ylituottavissa kasveissa (S) klorofyllin määrä pysyikontrollikasveja korkeampana stressin aikana ja sen jälkeen. Näissä kasveissa solukalvojen hajoaminenkylmästressin aikana oli myös vähäisempää mikä näkyi alhaisempana solukalvojen hajoamistuotteidenkertymisenä. Merkittäviä muutoksia fotosynteesin alenemisessa ei sen sijaan vielä havaittu lyhyenstressikäsittelyn aikana. Siirtogeenin ilmeneminen vaikutti myös perunan mukulan ominaisuuksiin. Etenkinverrattaessa siirtogeenisiä perunoita, joissa oli joko yli- tai alituotettu glutationi S-transferaasia (S, AS), erojahavaittiin siemenperunasta muodostuneiden itujen ja versojen määrässä sekä lopullisessa perunasadossa.Siirtogeeniä ylituottavissa kasveissa (S) itujen ja versojen lukumäärä oli alhaisempi ja korjatun sadon määräyksittäisissä tutkituissa linjoissa kontrollikasveja korkeampi. Itujen ja versojen vähäisempi määrä voidaantulkita siirtogeeniä ylituottavien (S) mukuloiden säilymisenä nuorempana varastoinnin aikana. Tulokset sekäperunakasvuston kylmänkestävyydestä että siemenperunan elinvoiman säilyvyydestä varastoinnin aikanaviittaavat siihen, että stressigeeni ylituotto vaikuttaa positiivisesti näihin ominaisuuksiin. Yksittäisenstressigeenin ylituoton vaikutus on pieni lyhyen stressin, kuten tässä tutkimuksessa kasvustonkylmäaltistuksen yhteydessä, mutta vaikutuksen merkitys lisääntyy stressijakson pidentyessä. Tämähavaittiin tutkittaessa siirtogeenin vaikutusta pitkän, alhaisessa lämpötilassa tapahtuvan varastoinnin jälkeen.Sekä kylmästressi että varastointi alhaisessa lämpötilassa kuluttavat kasvin puolustuskapasiteettia. Kunpuolustuskapasiteetti ylittyy ja haitallisia molekyylejä kertyy kasvisoluun, seuraa vaurioita, jotka voidaanhavaita esimerkiksi klorofyllin hajoamisena lehdissä tai nopeutuneena mukuloiden vanhenemisenavarastossa. Tulokset viittaavat siihen, että puolustuskapasiteetin parantaminen GST entsyymin aktiivisuuttalisäämällä voi olla hyödyllistä perunalle etenkin stressin pitkittyessä.