Kako biljka reagira kada je izložena suši, visokim temperaturama ili drugim nepovoljnim uvjetima? Zašto će jedna sorta u takvim okolnostima preživjeti i nastaviti davati urod, dok će druga reagirati potpuno drukčije? Odgovori se često ne mogu vidjeti golim okom, no mogu se potražiti duboko u kemijskom sastavu biljke. Upravo se time bave znanstvenici Laboratorija za fenotipizaciju Instituta za poljoprivredu i turizam u Poreču, gdje je posljednjih godina uspostavljena sofisticirana analitička infrastruktura koja omogućuje da se prati što se u biljci događa na razini njezinih metabolita.

Jedan od ključnih sustava kojim laboratorij raspolaže namijenjen je metabolomičkim analizama visoke rezolucije. Iza kompliciranog naziva krije se tehnologija koja znanstvenicima omogućuje vrlo detaljan uvid u kemijski sastav uzorka. Umjesto da unaprijed traže samo jednu poznatu tvar, analizom se dobiva mnogo šira slika velikog broja molekula koje se u određenom trenutku nalaze u biljnom materijalu.

„Najjednostavnije rečeno, ovakav sustav omogućuje nam da vidimo kemijski sastav uzorka na vrlo detaljnoj razini. Ne radi se nužno o ciljanoj analizi u kojoj unaprijed odredimo nekoliko spojeva koje želimo izmjeriti, nego možemo dobiti puno širi pregled metabolita prisutnih u uzorku. Primjerice, možemo pratiti profile aminokiselina, organskih kiselina ili sekundarnih metabolita, među kojima su i fenolni spojevi karakteristični za maslinu i druge mediteranske kulture. Na taj način dobivamo svojevrsni kemijski otisak biljke“, objašnjava dr. sc. Nikola Major, znanstveni savjetnik Instituta za poljoprivredu i turizam i zamjenik voditeljice Laboratorija za fenotipizaciju Smiljane Goreta Ban.

Upravo je taj kemijski „otisak“ važan kada znanstvenici žele razumjeti kako biljke odgovaraju na promjene u okolišu. Klimatske promjene poljoprivredi više nisu apstraktna buduća prijetnja. Više temperature, dulja sušna razdoblja i kombinacija različitih stresova postavljaju pitanje koje će se sorte uspjeti prilagoditi novim uvjetima, a koje će postajati sve teže uzgajati. Biljka, slikovito objašnjava Major, ne može napustiti nepovoljan okoliš. Tijekom evolucije razvila je čitav niz mehanizama kojima pokušava preživjeti, a upravo se njihov dio može prepoznati analizom promjena u njezinu biokemijskom profilu.

„Kada se biljka nađe u nepovoljnim uvjetima, ona nema mogućnost jednostavno otići na mjesto na kojem su uvjeti bolji. Zato aktivira različite mehanizme koji joj omogućuju da se prilagodi i preživi. Nas zanima što se pritom događa na kemijskoj razini i po čemu se, primjerice, otpornija sorta razlikuje od osjetljivije. Takva istraživanja mogu nam pomoći da bolje razumijemo koje bi se naše tradicionalne sorte mogle uspješnije prilagođavati uvjetima koje donose klimatske promjene“, rekao je Major.

Laboratorij je zbog toga važan i u istraživanjima bioraznolikosti. Institut raspolaže velikim brojem domaćih, tradicionalnih, ali i stranih biljnih genetskih izvora, a njihovo očuvanje ne svodi se samo na čuvanje sjemena ili biljaka. Potrebno ih je detaljno opisati, utvrditi njihove osobine i pronaći karakteristike po kojima se pojedine sorte međusobno razlikuju. Takva istraživanja u budućnosti mogu imati i vrlo praktičnu vrijednost. Kemijska karakterizacija tradicionalnih sorti može biti dio znanstvene podloge potrebne kada se želi dokazivati njihova posebnost, podrijetlo ili specifične karakteristike, primjerice u postupcima vezanim uz različite oblike zaštite izvornosti proizvoda.

„Kroz banku biljnih gena dostupan nam je velik broj domaćih i tradicionalnih sorti mediteranskih kultura i upravo nam ovakve analitičke tehnike omogućuju da ih proučavamo puno dublje. Možemo tražiti karakteristike koje neku sortu izdvajaju od drugih i na znanstvenoj razini dokazivati njezinu posebnost. To može biti zanimljivo ne samo znanstvenicima nego jednog dana i proizvođačima, udrugama ili lokalnim zajednicama koje žele zaštititi neku svoju tradicionalnu sortu ili proizvod. Znanost tada može dati dio vrlo konkretne podloge za takve postupke“, istaknuo je Major.

Jedan od prijavljenih međunarodnih projekata Instituta upravo ide u tom smjeru, a u njegovu bi središtu trebala biti smokva. Ako projekt bude odobren, istraživači iz Istre surađivali bi s partnerima iz Turske i sjeverne Afrike te uspoređivali tradicionalne sorte smokava iz različitih dijelova Mediterana. Tražili bi se karakteristični markeri i razlike među njima, uključujući i tradicionalne istarske sorte. Središnju ulogu u razvoju novih analitičkih mogućnosti ima projekt AgriFoodOmics, odnosno „Metabolomika u funkciji razvoja klimatski otpornog i održivog poljoprivredno-prehrambenog lanca“, koji se na Institutu provodi od 2023. do 2027. godine i financira sredstvima Europske unije kroz program NextGenerationEU. Projekt je omogućio nabavu dijela kapitalne opreme, dok se sama istraživanja provode kroz niz projekata i suradnji s drugim znanstvenim ustanovama.

Prema Majorovim riječima, oprema je nabavljena 2024., instalirana tijekom 2025. godine, nakon čega je slijedilo uvođenje i prilagodba analitičkih metoda. Riječ je prvenstveno o znanstveno-istraživačkoj infrastrukturi, no moguće su i pojedine vrlo specijalizirane analize za potrebe drugih znanstvenih institucija ili razvoja novih proizvoda. U Institutu su tako već analizirani uzorci povezani s istraživanjima bioaktivnih spojeva i suradnjama na razvoju proizvoda, a oprema se koristi i u zajedničkim istraživanjima s drugim ustanovama. Među prvim znanstvenim radovima koji su nastali korištenjem novog sustava bilo je i istraživanje invazivne alge, za koje je porečki laboratorij proveo detaljnu metabolomičku karakterizaciju.

„Oprema je prvenstveno namijenjena znanosti i to je važno naglasiti jer ovo nije laboratorij u koji će netko donijeti uzorak i naručiti uobičajenu rutinsku analizu. Ali postoje vrlo specijalizirana pitanja na koja upravo ovakva infrastruktura može dati odgovor. Već smo surađivali s drugim istraživačkim institucijama, a radili smo i određene analize povezane s bioaktivnim sastavom proizvoda. Mogućnosti su široke, ali najvrjednije je što sada takva kompleksna istraživanja možemo raditi upravo ovdje u Poreču“, rekao je Major.

Laboratorij za fenotipizaciju počeo se razvijati u sklopu Znanstvenog centra izvrsnosti za bioraznolikost i molekularno oplemenjivanje bilja, kroz koji je ranije započelo sustavno opremanje Instituta suvremenom istraživačkom infrastrukturom. Nova generacija uređaja dodatno je proširila mogućnosti znanstvenika, posebno u istraživanju metabolomike. Iako sličnu visokosofisticiranu opremu imaju i druge hrvatske znanstvene institucije, posebnost porečkog laboratorija jest njegova snažna usmjerenost prema poljoprivredi, biljnim vrstama i mediteranskim kulturama. To je posebno važno u Istri, gdje se na relativno malom prostoru čuva velik broj tradicionalnih sorti vinove loze, masline, povrća i voća, upravo onih genetskih izvora koji bi u budućnosti mogli imati važnu ulogu u prilagodbi poljoprivrede klimatskim promjenama.

U laboratoriju se zato ne traže samo odgovori na pitanje što se danas nalazi u jednoj biljci. Analize mogu pokazati i što biljka radi kada joj nedostaje vode, kada temperatura postane previsoka ili kada je istodobno izložena različitim stresovima. Upravo se u tim, oku nevidljivim promjenama kemijskog sastava mogu tražiti odgovori na jedno od važnijih pitanja buduće poljoprivrede – koje će se sorte moći najbolje prilagoditi klimi koja se mijenja i koje među njima vrijedi posebno sačuvati.