Klimatická nestabilita v kombinaci s environmentálními limitacemi, jako jsou omezené zásoby vody pro zavlažování a úbytek orné půdy, zdůrazňuje potřebu šlechtitelských strategií, které zajistí jak zvýšení výnosového potenciálu během příznivých cyklů, tak odolnost vůči abiotickému stresu a environmentálním faktorům. Taková adaptace závisí na genetické variabilitě, která je základem sledovaných znaků. Moderní elitní odrůdy pšenice mají obvykle omezenou genetickou variabilitu v důsledku umělé selekce šlechtitelů. Strategii, kterou používá CIMMYT ke zvýšení genetické rozmanitosti před-šlechtěného materiálu (používaného pro další šlechtění) pšenice, je začlenění exotických rodičů do jejich zárodečné plazmy prostřednictvím strategického křížení, informuje zpráva.
Záměrem studie bylo podle zprávy Biotrinu identifikovat genetické faktory, které přispívají k odolnosti pšenice vůči teplu v polních podmínkách, s cílem identifikovat nové genetické zdroje, jež by mohly být využity ke zlepšení šlechtitelských programů pšenice.
Výzkumníci provedli polní pokus s tzv HiBAP panelem (High Biomass Association Panel I) 149 vzorků jarní pšenice, který zahrnoval jak moderní kultivary, tak exotické krajové odrůdy z celého světa a rostliny, které byly selektivně vyšlechtěny tak, aby obsahovaly DNA z divokých příbuzných a krajových odrůd z Mexika a Indie. Nejčastěji používanými exotickými rodiči jsou mexické a jiné krajové odrůdy a primární syntetické linie, které vznikají křížením tetraploidní pšenice tvrdé s Aegilops tauschii, předkem dárce genomu D, za účelem vytvoření hexaploidní pšenice; tyto syntetické linie slouží jako most pro zavedení variability pšenice tvrdé a A. tauschii do moderní hexaploidní pšenice. Tento přístup byl úspěšný při zavádění odolnosti vůči chorobám a vlastností přizpůsobených suchu a horku.
Experiment byl proveden v lokalitě s vysokými teplotami během reprodukční fáze růstu pšenice (v mexické poušti Sonora), což je kritické období pro výnos pšenice. Výzkumníci zaznamenávali různé agronomické znaky, včetně dnů do vzcházení, výšky rostlin, délky klasu, hmotnosti zrna a výnosu zrna. Vědci rostliny také sekvenovali, aby našli specifické genetické rozdíly zodpovědné za zvýšenou odolnost vůči teplu. Identifikovali genetické markery, které by mohly umožnit cílené zavedení této prospěšné exotické DNA do elitních linií, což by nabídlo rychlý způsob, jak zlepšit odolnost vůči klimatu a zmírnit rozsáhlé neúrody, informuje dále zpráva.
Výsledky ukázaly, že exotické krajové odrůdy se obecně chovaly lépe při tepelném stresu než moderní kultivary. Výzkumníci zjistili, že vyšlechtěné rostliny s „exotickou DNA“ dosahují až o 50 % vyššího výnosu než pšenice bez této DNA. Důležité je, že linie s exotickou DNA nedosahovaly horších výsledků než elitní linie v běžných podmínkách.
Výzkumníci poté použili celogenomové asociační studie (GWAS) k identifikaci genetických oblastí spojených s tolerancí k horku. Identifikovali tři genetické lokusy exotického původu (A. tauschii) na chromozomech 1B, 2B a 6B, které společně zvyšují výnos. Cílené zavedení této prospěšné exotické DNA do elitních linií by nabídlo rychlý způsob, jak zlepšit odolnost vůči klimatu a zmírnit rozsáhlé neúrody. „Křížení elitních linií s exotickým materiálem má svá úskalí,“ řekl Matthew Reynolds, spoluautor studie a vedoucí oddělení fyziologie pšenice v CIMMYT s tím, že existuje dobře známé riziko vnesení více nežádoucích než žádoucích vlastností, takže tento výsledek představuje významný průlom v překonávání této překážky a v dalším využívání genetických zdrojů pro zvýšení odolnosti vůči klimatu.
„Musíme naléhavě zajistit budoucnost plodin, které pěstujeme, aby se jim dařilo i ve stále méně příznivém klimatu. Klíčem k tomu, jak stále častěji zjišťujeme, mohou být z velké části nevyužité genetické zdroje z příbuzných divokých a krajových odrůd,“ uvedl další spoluautor studie a student doktorského studia na Earlham Institute Benedict Coombes.
Výzkumníci navrhují, aby šlechtitelské programy zahrnovaly znaky odolnosti vůči teplu jako preventivní strategii pro produkci pšenice, která se dokáže vyrovnat s méně předvídatelným klimatem, shrnuje zpráva Biotrinu.*
