Na Ruzyni o boji proti stresům

Odolnosti plodin ke stresům se šlechtitelé zabývají už dlouho. Vzhledem k probíhající klimatické změně a rozšiřujícím se možnostem šlechtění o tomto směru bývá slyšet častěji. Ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby, v. v. i., v Praze-Ruzyni (VÚRV) se tomuto tématu již tradičně věnuje konference Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin.

Ing. Ladislav Bláha, CSc., a Ing. František Hnilička, Ph.D., z organizačního výboru konference v úvodním slovu téměř čtyři sta stránkového sborníku připomněli, že stresy jsou aktuálním tématem. Budou mít stále vyšší význam v zemědělském a biologickém výzkumu, neboť zvyšující se variabilita počasí a dlouhá období sucha mají již za následek postupný vznik pouště v centrálním Španělsku a poměrně hrozivou situaci v některých částech jižní Evropy. V této oblasti se uvažuje o náhradě tradičních plodin za takové, které mají nižší spotřebu vody. Jak dále uvedli, v naší republice bylo v období 1995 – 2006 zaznamenáno dvanáct nejteplejších let za dobu pozorování globální teploty. Situaci, kterou způsobuje občasné sucho a vysoká teplota, navíc zhoršuje současný stav zemědělství, kde navíc téměř neexistují osevní postupy a kvalita půdy klesá. Citovali také předpoklady, podle kterých se u nás očekává postupný růst teplot o 2 °C a pokles srážek. Situace by měla být obdobná jako na Balkáně, jen mírnější.
Uvedli také obecný vědecký názor, vyplývající z posledních diskusí na Evropské agronomické konferenci. Ten tvrdí, že změny skladby odrůd jsou i přes pokročilé metody šlechtění pomalejší než dosavadní rychlost změn klimatu a variability průběhu počasí. V úvodním slovu také zaznělo, že výsledky u některých plodin v posledních letech v České republice naznačily, že mnoho odrůd již nedokáže s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých výnosových možností. Tím směrem by se měla zaměřit pozornost vědců a šlechtitelů.

Sucho má mnoho podob

Suchovzdornost je ovlivněna velkým množstvím faktorů, přičemž šlechtit se dá jen na některé, a to navíc velmi komplikovaně. Sucho má totiž mnoho podob. Uvedl to Ing. Ondřej Veškrna z akciové společnosti Selgen, Šlechtitelské stanice Stupice, který prezentoval přednášku svého kolegy Dr. Ing. Pavla Horčičky.
Konstatoval, že rostliny mají mnoho adaptačních mechanismů, které umožňují přizpůsobení stresovým podmínkám. Ty s sebou nesou na druhou stranu také takzvané yield penalty, tedy nižší výnosovou schopnost v optimálních podmínkách. Velkým příslibem je využití molekulárních technik a transgenoze ve šlechtění na sucho. Jako zajímavost uvedl, že v Kanadě se využívá virus BYDV, který vyvolává obdobný stres jako sucho – omezuje transport živin a způsobuje zakrsávání.
Ing. Veškrna také hovořil o faktorech, které podmiňují úspěšné přežití zimy. Je jich mnoho. Zimovzdornost, například pšenice, je podmíněna nejen genotypem, ale i prostředím. Kromě odolnosti vůči nízkým teplotám (která je rozhodující) zahrnuje i působení jiných vlivů, jako jsou třeba vytahování rostlin, dlouhodobé působení ledu nebo sněhové pokrývky a další.
Nicméně za nejvýznamnější se považuje mrazuvzdornost. V České republice postačují podle Ing. Veškrny odrůdy se střední úrovní tohoto znaku. Ty přežívají bez většího poškození teploty v hloubce rozmnožovacího uzlu mezi –12 °C až –14 °C.
Jak ale také podotknul, méně mrazuvzdorné odrůdy poskytují vyšší výnosy. Za optimálních podmínek totiž přes zimu nezastavují svůj vývoj. Šlechtění na výnos tedy vede k hromadění méně odolných genotypů, kterým hrozí vážné nebezpečí jednou za osm až deset let, kdy se u nás dostaví extrémní zima.
Testy mrazuvzdornosti jsou náročné, připomněl Ing. Veškrna. Proto se hledají jiné cesty. Nadějné se jeví využití proteinu WCS120 jako markeru této vlastnosti.

Krajové odrůdy zdrojem genů

Zdrojem genů pro šlechtění na odolnost vůči stresům jsou například krajové odrůdy, o kterých hovořil Ing. Zdeněk Stehno, CSc., z VÚRV. V rámci pokusů hodnotili celkem 222 krajových a starých odrůd pšenice v tříletých pokusech. Staré odrůdy se proti (moderním) kontrolám vyznačovaly nižší produktivitou v důsledku nižší hmotnosti zrn na klas, zejména v důsledku nízkého počtu zrn v klásku, při porovnatelných hodnotách HTS. Měly ale vyšší obsah hrubého proteinu (o 2 – 3 %). U 31 odrůd také hodnotili produktivitu. Průměrný výnos moderních odrůd byl o 51 % vyšší než u starých. Dvanáct starých odrůd překonalo výnosovou úroveň 4 t/ha, mezi nimi domácí odrůdy Bílá od Dukovan, Vouska z Třemošnice, Židlochovická jubilejní osmnáctá a Chlumecká 12. Krajové a staré odrůdy byly schopné lépe kompenzovat nepříznivé podmínky prostředí a vykazovaly vyšší stabilitu výnosů, ovšem na nižší výnosové úrovni než moderní odrůdy. Předběžné výsledky také ukazují, že krajové odrůdy by mohly sloužit jako zdroj tolerance vůči suchu.
Krajové odrůdy kromě toho vykazovaly zimovzdornost na úrovni 7,5 a vyšší, patnáct odrůd z kolekce dosáhlo dokonce maximálních devíti bodů.
Ing. Stehno také připomněl, že v 19. a 20. století došlo k prudkému nárůstu výnosu, na kterém mělo velký podíl šlechtění, minerální hnojiva či nové pěstební technologie. V současné době platí, že právě šlechtění je relativně nejlevnějším intenzifikačním faktorem. Od osmdesátých let připadá nárůst výnosů podle Ing. Stehna především na jeho vrub. Jednou z nejmodernějších možností šlechtění jsou genové modifikace, o kterých hovořil Ing. Ladislav Kučera, CSc., z VÚRV. Základem všech úspěšných pokusů o genetickou modifikaci je především studium procesů, které probíhají v genomech odolných plodin. Například u ozimů dochází v průběhu podzimu ke chladové aklimatizaci. K zahájení tohoto procesu přispívá snižující se teplota a krátká fotoperioda. Spouští se transkripce specifických genů a její změny lze zachytit například pomocí DNA čipu.
„Je zřejmé, že GM technologie mohou urychlit šlechtitelský proces a efektivně využít variabilitu genetických zdrojů a místně adaptovaných genotypů,“ uvedl Ing. Kučera.

Klíčová epigenetika

To, že mendelovská genetika tak úplně neplatí, připomněl prof. RNDr. Boris Vyskot, DrSc., z Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR, v. v. i. Uvedl, že organismy si vyvinuly mnoho mechanismů, jak reagovat na změny životního prostředí. Patří mezi ně i zapínání a vypínání jednotlivých genů, které může být fixováno nejen v průběhu ontogeneze, ale i v procesu evoluce. To připomíná již dvě století zavrhovanou teorii adaptivní evoluce či dědičnosti získaných znaků francouzského učence Jeana-Baptiste Lamarcka.
Tyto změny zkoumá nová disciplína – epigenetika. Technicky k nim dochází, především u rostlin, metylací bází DNA, které způsobí ono vypnutí nebo zapnutí genů.
Jednou z forem je například parentální imprinting, tedy umlčování genů v závislosti na tom, od jakého rodiče gen pochází. To má velký význam při šlechtění, protože vlastnosti potomků závisí na tom, zda příslušný gen dostanou od matky nebo od otce.
„To je schéma genetiky, které si musíme uvědomit, ať chceme nebo ne. Imprintovaných genů není mnoho, u savců padesát až sto, u rostlin jich známe deset. Jsou to geny, které jsou významnými růstovými faktory či supresory nádorového či embryového růstu. Proto jsou pro život naprosto zásadní,“ uvedl prof. Vyskot. Dodal, že do oblasti epigenetiky spadá také jarovizace, kdy geny ovlivní chladový šok.