Před šesti lety byla vybudována Aplikační laboratoř pro zemědělský výzkum v Centru strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR v Olomouci. Cílem bylo od začátku zpřístupnit metody a výsledky základního výzkumu šlechtitelům a zemědělcům. Její zázemí využívá nejmodernější nástroje pro analýzu genomů. Proč bylo nutné kapacity rozšířit, komu je laboratoř určena a jaké jsou dílčí výsledky výzkumu se dozvíte z rozhovoru s vedoucím laboratoře RNDr. Janem Šafářem, Ph.D.
Jak laboratoř vznikla?
Původní ideou tehdejšího vedoucího pracoviště, pana prof. Jaroslava Doležela bylo využít techniky vyvinuté v jeho základním výzkumu také v moderních šlechtitelských programech a pro izolaci agronomicky významných genů. Tenkrát nás oslovovaly zahraniční firmy z Velké Británie, Japonska a dalších zemí, které chtěly tyto techniky využívat a pan profesor si kladl otázku, když už pracujeme pro svět, proč nebýt přínosem také pro český šlechtitelský sektor? Tak vznikla v roce 2017 díky podpoře programu Akademie věd ČR Strategie AV21 Aplikační laboratoř pro zemědělský výzkum v Olomouci.
Proč bylo nyní nutné její prostory rozšířit?
Kromě cílených výzkumných aktivit jsme pro zájemce organizovali odborné semináře, přednášky, osobní konzultace či praktické workshopy, označuji to za „měkké“ aktivity, ve kterých se šlechtitelé seznamují s principy nejmodernějších metod molekulární biologie a genomiky. Na seminářích určených pro šlechtitele jsem ukazoval, co vše lze sekvenovat, jak probíhá identifikace genů či vývoj DNA markerů pro snadnější výběr rostlin s požadovanými vlastnostmi. Následně se s žádostí o využívání služeb na nás obracelo stále více šlechtitelů, pěstitelů, zemědělských firem, ale i státní správa a mnoho dalších institucí, což byl obrovský úspěch. V rámci těchto aktivit tak začaly vznikat reálné analýzy na zakázku a reálná poptávka po našich službách. Laboratoř tehdy neměla k dispozici vlastní zázemí, využívali jsme prostory olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR. Zájem o odborné expertizy a analýzy, které nabízíme, byl tak obrovský, že bylo nutné prostory aplikační laboratoře rozšířit. Proto byla letos v dubnu otevřena nová přístavba, která navazuje na stávající budovu. Stavba za 50 milionů korun byla financována převážně z prostředků Akademie věd ČR a trvala půl druhého roku.
Co nabízíte a komu je to všechno určeno?
Věnujeme se studiu dědičné informace zemědělských plodin. Pomáháme získávat důležité poznatky a vyvíjet metody, které přispívají také ke šlechtění nových odolnějších odrůd s lepšími vlastnostmi. Nabízíme využití cytogenetických, molekulárně-biologických, genetických a genomických technik. Laboratoř má pouze tři stálé zaměstnance, ale neustále spolupracujeme s týmem vysoce specializovaných odborníků, kteří zajišťují v případě potřeby vypracování odborných expertíz a protokolů. Laboratoř má špičkové přístrojové vybavení jako jsou průtokový cytometr, na určování ploidií rostlin a má přístup k vysokokapacitnímu DNA sekvenátoru NovaSeq 6000 za 29 milionů korun, který v jednom běhu přečte šest tisíc miliard bází DNA genomu ječmene. Díky podrobným analýzám mohou vědci zjistit, které geny odpovídají za různé vlastnosti plodiny, tedy za odolnost vůči suchu či rezistenci vůči chorobám. Spolupracujeme s experty, kteří přispěli k přečtení dědičné informace pšenice, ječmene, žita, hrachu a dalších druhů rostlin. Nabízíme odborné poradenství zaměřené na využití nejnovějších poznatků a metod.
Naše služby jsou určeny šlechtitelům užitkových i okrasných rostlin. Velmi významných výsledků jsme dosáhli například u muďoulu a konopí, což je významná rostlina jak z hlediska technického, tak i medicinského. Pro další typ zákazníků vyvíjíme DNA markery. Genotypovali jsme šlechtitelský materiál rajčat, abychom identifikovali geny zodpovědné za dobré dozrávání a zároveň měla požadované geny rezistence.
Jaké jsou dílčí výsledky laboratoře?
Výsledků je celá řada, z těch týkajících se zemědělských plodin bych zmínil jarní ječmen. Česká republika je sladařskou velmocí, proto jsou velmi významné genetické analýzy na sladařskou kvalitu jarního ječmene.
Zajímavý byl rovněž výzkum jetele lučního ve spolupráci s Výzkumným ústavem pícninářským v Troubsku. Sekvenovali jsme šlechtitelské vzorky jetele, které jsme bionformaticky analyzovali. Hledali jsme sekvence dědičné informace, které jsou v nějaké vazbě k agronomickému znaku, buď k vysokému, případně nízkému obsahu fytoestrogenů. Tyto druhy by byly vhodné k výrobě čaje pro ženy, protože vysoký obsah estrogenu v jeteli lučním doplňuje chybějící estrogen v období menopauzy a při jiných hormonálních změnách. Při šlechtění na vysoký objem píce je naopak vyšší obsah fytoestrogenů nežádoucí z důvodu ohrožení zabřeznutí skotu.
Na celou řadu vlastností lze šlechtit také obilniny. Kvůli vysokému obsahu antokyanů roste zájem o šlechtění barevné pšenice a ječmene. Spotřebitelé chtějí tyto antioxidanty získávat už v mouce. Také betaglukany v ječmeni podporují imunitní systém, na tomto projektu pracujeme se Zemědělským výzkumným ústavem Kroměříž a Výzkumným ústavem pivovarským a sladařským v Brně. Analyzujeme a sekvenujeme například i mikrobiom půdy, aby se zmapovalo to, jaké bakterie a houby v půdě jsou a jak moc je ovlivňuje hnojení, orební systém nebo třeba záplavy.
Co je největším přínosem Aplikační laboratoře pro zemědělský výzkum?
Hlavním účelem laboratoře je rychlý přenos vědeckých poznatků a moderních technik do zemědělské praxe. Mne osobně nejvíce těší, že jsme napříč vědeckým spektrem, začali mluvit společným jazykem a v mnoha šlechtitelských firmách jsem našel přátele. K tomu významně přispěl také projekt TAČR: Národní Centrum Kompetence Biotechnologické centrum pro genotypování rostlin. Ujasnili jsme si, co šlechtitelé chtějí a co je jim moderní věda schopna v současnosti nabídnout. Novou odrůdu samozřejmě nelze vytvořit ze dne na den, ale to, že se s moderními technikami jako jsou sekvenování, genotypování a editace genomu vůbec začalo, je obrovským krokem kupředu, který může šlechtitelský proces významně zrychlit a kvalitu šlechtitelských programů v České republice výrazně zvýšit.
Doufám, že brzy budou v Evropské unii povoleny techniky založené na CRISPR/Cas9 systému, jenž umožňuje cíleně měnit dědičnou informaci. Otevřeli by se nám tak úplně nové možnosti ve šlechtění, na které je naše laboratoř připravena.
Českým zemědělcům bych doporučil sledovat nejnovější trendy a učit se, protože ve vědění a poznání je obrovská síla a budoucí ekonomický rozvoj.*
Rozhovor vyšel v časopise Úroda č.7/2023.
