Olomoučtí vědci pomáhají světu získat odolnější pšenici i výnosnější banánovník

Český rostlinný genetik Jaroslav Doležel byl na začátku tisíciletí u zrodu dlouholetého mezinárodního úsilí o rozluštění genomu pšenice seté. Olomoucké Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin, které profesor Doležel řídil, se v následujících letech podílelo na ostře sledovaném výzkumu – úspěšně završeném před čtyřmi lety. Přečtením genomu ale „práce na pšenici“ pro olomoucké vědce neskončila. Podílejí se na hledání důležitých genů, jejichž znalost pomůže získat pšenici, která bude lépe odolávat chorobám jako rzi a padlí.

Ilustrační foto: Shutterstock

Zásadní význam mají i další mezinárodní výzkumné projekty, do nichž se olomoucké centrum zapojilo. Pracoviště, které je součástí Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR, se například podílí na sekvenování (neboli čtení) genomu banánovníku. Nové poznatky ve spojení s moderními postupy pomáhají šlechtitelům v Ugandě – díky nim jejich plodiny dosahují vyšších výnosů a kvality. Pro Uganďany a okolní státy jsou škrobové banány základní potravinou, a dělají z nich například kaši, která je hlavním jídlem i přílohou.

Společně s kolegy v Saúdské Arábii se olomoučtí vědci zaměřili i na výzkum genomu plodin, které by bylo možné časem pěstovat v pouštních podmínkách na půdě, jež je vzhledem k potřebě umělého zavlažování silně zasolená. Nadějně se v tomto ohledu jeví planá asijská rýže. I tu by si lidé mohli výhledově „ochočit“. Jedním z cílů rostlinných genetiků je totiž domestikovat plané druhy rostlin a získat nové plodiny odolné vůči suchu, klimatickým změnám nebo různým škůdcům.

Význam práce rostlinných genetiků je evidentní v době, kdy světu hrozí globální potravinová krize v důsledku klimatické změny a nově také Putinovy agrese na Ukrajině. Nejnovější výzkumné poznatky už této krizi nezabrání, protože šlechtění odolnějších plodin a překonávání závislosti chudých zemí na dovozu pšenice, kukuřice nebo slunečnicového oleje je dlouhodobou záležitostí. Nynější situace ale znamená varování do budoucna, že musíme počítat s riziky dalších krizí – geopolitických i klimatických.

Profesor Doležel v rámci Akademie věd koordinuje program Potraviny pro budoucnost, který je součástí Strategie AV21. Ta má přiblížit poznatky českých výzkumníků širší veřejnosti i zájemcům o jejich využití. Kdyby se dařilo veškeré výsledky výzkumu lépe přenášet do praxe, svět už dnes mohl být v mnoha ohledech dál. Podle předního českého vědce je ale vždy lepší začít později než nezačít vůbec. (Více se dočtete v příštím čísle časopisu Moderní ekonomická diplomacie.)

Profesor Doležel mezi banánovníky v olomouckém skleníku. Foto: Ústav experimentální botaniky AV ČR

JE TO JAKO S CHŘIPKOU

Nápad profesora Doležela, který byl na počátku širšího mezinárodního výzkumu genomu pšenice, spočíval ve využití průtokového cytometru – přístroje původně určeného pro analýzu krevních buněk. Díky převratné metodě z Česka ho bylo možné využít i k oddělení jednotlivých chromozomů, kterých má pšenice jednadvacet. Jaroslav Doležel si tak získal pověst „zakladatele chromozomové genomiky“. Vědci si mohli rozstříhat genetickou „knihu“ na jednotlivé kapitoly představované chromozomy a ty jednotlivě přečíst písmeno po písmeni. Do té doby se přečtení genomu pšenice zdálo být nemožné – skládá se totiž ze 16 miliard písmen a je více než pětkrát větší než dědičná informace člověka.

Ústav experimentální botaniky dál využíval své jedinečné know-how a kromě přečtení genomu nejrozšířenější zemědělské rostliny na světě se podílel i na rozluštění dědičné informace dalších plodin včetně ječmene, žita a hrachu. „Nyní ve spolupráci s výzkumnými ústavy z Velké Británie, Švýcarska, Austrálie nebo Německa pracujeme na izolaci důležitých genů – především u pšenice,“ vysvětluje Jaroslav Doležel. „A zase vzhledem k tomu, že nemusíme číst celou dědičnou informaci, ale pouze konkrétní chromozom, který obsahuje příslušný gen, je všechno mnohem rychlejší a jednodušší,“ dodává.

Izolací konkrétního genu odhalují vědci jeho strukturu a funkci a tyto znalosti šlechtitelům pomáhají při získávání odrůdy s požadovanou vlastností. Boj s chorobami, kterým čelí pšenice, je ale podle profesora Doležela podobný jako v případě chřipky u lidí. Taková rez travní má různé kmeny, neustále se vyvíjí a snaží se překonat geny rezistence pšenice. Dodnes bylo izolováno 15 genů rezistence vůči různým kmenům rzi a nezbývá než hledat další a další geny.

„Je to nekončící boj už od dob starých Římanů. Ti dokonce uctívali bohyni Robigo, na jejíž oslavu pořádali v dubnu festival Robigalia a přinášeli jí oběti, aby ochránila pole před rzí. Rez totiž může zlikvidovat úrodu z celé čtvrtiny nebo i poloviny. A Římané neměli žádné postřiky,“ poznamenává Jaroslav Doležel. Jeho výzkum dnes ostatně přispívá i právě k omezování agrochemikálií – přirozeně odolné rostliny je nepotřebují.

Průtoková cytometrie dodnes zůstává velmi silnou stránkou olomouckých výzkumníků, díky níž se prosazují právě i v rámci mezinárodní vědecké spolupráce. „Jsme zakladatelé této metody, máme nejdelší tradici jejího využívání a logicky také obrovské zkušenosti. Získávali jsme je celá desetiletí.“

Pěstování semenáčků pro izolaci chromozomů pšenice. Foto: Ústav experimentální botaniky AV ČR

KONEC JEDNÉ ZÁHADY

Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin se může pochlubit i dalším významným objevem, který na první pohled laikovi příliš neřekne. Společně s německými kolegy přišli čeští vědci jako první na to, jak je v chromozomu u rostlin uspořádaná DNA – deoxyribonukleová kyselina jako nositelka dědičné informace. „Předtím to pro nás byla velká záhada,“ zdůrazňuje profesor Doležel. Česko-německý tým také zkoumá trojrozměrné uspořádání genomu v buněčném jádře. „V případě pšenice si představte asi deset metrů DNA srolované v jádře, které má průměr jen několik tisícin milimetru, přičemž ale vlákno DNA tam musí být uspořádané tak, aby se každá jeho část nacházela na správném místě. Pokud se cokoliv s tímto uspořádáním pokazí, je to pro rostlinu špatné.“ Vědci nyní mají o tomto uspořádání mnohem jasnější představu, vědí více o interakcích mezi různými oblastmi uvnitř genomu. A ty také dál studují.

U základního výzkumu, kterým se Jaroslav Doležel se svým týmem zabývá především, nebývá jednoduché určit, k čemu nakonec bude lidstvu sloužit. Bez základního výzkumu by však nebyl ani ten aplikovaný, který už hledá konkrétní využití. Rostlinný genetik z Olomouce je v odhadech budoucího využití nových poznatků o prostorovém uspořádání DNA zdrženlivý. Vše podle něj každopádně směřuje k dalším možnostem ovlivnit vlastnosti rostliny. „Musíme být ale opatrní, naše znalosti jsou v případě rostlin stále omezené. U člověka, v biomedicínském výzkumu jsou už v tomto ohledu o dost dál.“

Úspěšně se podle profesora Doležela rozvíjí také spolupráce olomouckých výzkumníků s dalším ústavem Akademie věd – Ústavem přístrojové techniky, který je jedním z pilířů proslulého odvětví elektronové mikroskopie v Brně. Tento institut mimo jiné zkoumá možnosti dalšího rozvoje takzvané environmentální skenovací mikroskopie, jež na rozdíl od klasických metod umožňuje pozorování vzorků bez jejich předchozího zpracování různými preparačními technikami. Spolupráce obou akademických ústavů má konkrétní výsledek, který se týká přímo rostlinné genetiky – podařilo se popsat strukturu rostlinného chromozomu v nanometrovém rozlišení.

JAN ŽIŽKA

Rozhovor s Jaroslavem Doleželem o možnostech čelit budoucím potravinovým krizím vyjde v příštím čísle časopisu Moderní ekonomická diplomacie.