Jak využít DNA exotické pšenice?

Globální oteplování představuje velkou hrozbu pro potravinovou bezpečnost a vyžaduje vývoj nových odrůd hospodářských plodin, které budou odolné vůči budoucí klimatické nestabilitě. Jedním z příkladů takových nadějných plodin je jarní pšenice obsahující exotickou DNA z divoce žijících příbuzných druhů, která má v horkém počasí až o 50 % vyšší výnosy ve srovnání s odrůdami, které tyto geny nemají. Toto zjištění publikovali vědci Earlham Institute (UK) a Mezinárodního střediska pro zlepšování kukuřice a pšenice (The International Maize and Wheat Improvement Center, CIMMYT) v časopise Communications Biology.

Pšenice je celosvětově významnou plodinou, která poskytuje potravu miliardám lidí. Ročně se pěstuje na více než 216 milionech hektarů půdy a představuje přibližně 20 % kalorií spotřebovaných na celém světě. Většina z ní se pěstuje v podmínkách mírného pásma. Rostoucí teploty v důsledku klimatických změn představují pro produkci pšenice významnou hrozbu a tepelný stres během reprodukční fáze růstu pšenice může způsobit snížení výnosu zrna. Například v Rusku došlo v roce 2010 během nejteplejšího léta za posledních 130 let k 30% snížení výnosů pšenice. Podobné případy by se mohly stát běžnými, protože globální oteplování způsobuje kromě zvyšování teplot i častější výskyt extrémních povětrnostních jevů. Simulace předpovídají, že globální výnosy poklesnou v průměru o 6 % na každý 1 °C zvýšení teploty. Přizpůsobení se budoucím klimatickým scénářům má tedy zásadní význam pro zajištění celosvětové potravinové bezpečnosti. 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.

Genetická variabilita

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.

Záměrem studie bylo identifikovat genetické faktory, které přispívají k odolnosti pšenice vůči teplu v polních podmínkách, s cílem identifikovat nové genetické zdroje, které by mohly být využity ke zlepšení šlechtitelských programů pšenice.

Výsledky výzkumů

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.