Okénko do zahraničí: DNA pšenice by mohla pomoci vyšlechtit plodiny odolné klimatu

01. 03. 2024 Doc. Dr. Ing. Jaroslav Salava; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha-Ruzyně Osivo a sadba Zobrazeno 404x

Globální oteplení představuje velkou hrozbu pro potravinovou bezpečnost a vyžaduje tvorbu odrůd plodin, které budou odolné budoucímu nestálému klimatu. Po roce, kdy byly překonány teplotní rekordy, nabízí výzkum Earlham Institute v Norwich z Velké Británie s International Maize and Wheat Improvement Centre (CIMMYT) v Mexiku tolik potřebnou naději na zlepšení odolnosti plodin a potravinové bezpečnosti při klimatických změnách. Polní pokusy v Mexiku podtrhly význam genetické diverzity u nejdůležitějších plodin, kde desítky let selekčního šlechtění snížilo jejich schopnost přizpůsobit se rychlému oteplování planety.

Nejistota ohledně schopnosti hlavních potravinářských plodin i nadále uspokojovat celosvětovou poptávku roste, protože rostou teploty a povětrnostní jevy se stávají extrémnějšími.

Pšenice poskytuje na celém světě více kalorií (přibližně 20 %) než jakákoli jiná plodina a je kosmopolitně široce pěstovaná. Avšak většina pěstované pšenice má omezenou genetickou variabilitu, takže je zranitelná vůči dopadům změny klimatu. Nevíme, zda plodiny, které dnes pěstujeme, budou schopny zvládnout počasí v budoucnosti. Aby toho nebylo málo, tvorba nových odrůd může trvat 10 let i déle, takže rychlé jednání je životně důležité.

Ve spolupráci s CIMMYT vědci Earlham Institute zorganizovali v mexické poušti Sonora dvouletý polní pokus. Studovali 149 linií jarní pšenice, od rozšířených vysoce výnosných elitních linií až po selektivně vyšlechtěné obsahující DNA z planých příbuzných a krajových odrůd Mexika a Indie. Křížení elitních linií s exotickým materiálem má své problémy. Existuje dobře známé riziko vnesení více nežádoucích než žádoucích vlastností, takže tento výsledek představuje významný průlom v překonávání této bariéry a pokračujícím využívání genetických zdrojů ke zvýšení odolnosti vůči klimatu.

Linie pšenice byly zasety později ve vegetačním období, aby rostliny vegetovali během teplejších měsíců, čímž byly vystaveny teplotního stresu, který se podle předpovědi stane normou, pokud porostou globální teploty.

Vědci zjistili, že rostliny vyšlechtěné s exotickou DNA dosáhly o 50 % vyššího výnosu než ostatní pšenice. Důležité je, že exotické linie si za normálních podmínek nevedly o nic hůř než elitní linie. Genetické analýzy odhalily tři genetické lokusy pocházející z exotických materiálů, které jsou základem této tolerance k vysokým teplotám, společně zvyšují výnos a snižují teplotu porostu přibližně o 2 °C. Lokusy, které jsou základem nejvýznamnější z těchto asociací, byly přeneseny z mnohoštětu Tauschova (Aegilops tauschii) a jsou kandidáty pro další studium. Byly identifikovány genetické markery, které by mohly umožnit cílené vnesení prospěšné exotické DNA do elitních linií, což nabízí rychlý způsob, jak zlepšit odolnost vůči klimatu a zmírnit rozsáhlé neúrody.

Vzhledem k tomu, že se snažíme produkovat více potravin z menší výměry půdy, abychom nasytili rostoucí globální populaci, do budoucna naléhavě potřebujeme zajistit plodiny, kterým se bude dařit ve stále nepříznivějším klimatu. Klíč k tomu, jak stále zjišťujeme, může ležet ve značně nevyužitých genetických zdrojích z planých příbuzných a krajových odrůd pšenice.

Výzkumníci navrhují, aby šlechtitelské programy zahrnovaly vlastnosti tolerance k vysokým teplotám jako preventivní strategii při tvorbě odrůd, které se dokáží vyrovnat s méně předvídatelným klimatem.

Získané výsledky mohou být nyní použity k dosažení téměř okamžitého účinku. Vědci provedli polní pokusy a vědí, jaké genetické markery hledají. Současně zahájili rozhovory se šlechtiteli pšenice a doufají, že to bude první z mnoha kroků, které v nadcházejících letech přispějí ke globálnímu dostatku potravin.

Začlenění exotických alel do šlechtitelských programů by mohlo sloužit jako preventivní strategie při produkci vysoce výnosných odrůd pšenice, které budou odolné dopadům nejistého vývoje klimatu.

Aegilops tauschnii

Aegilops tauschnii - klas

Pšenice

Porost pšenice

Zdroj: Molero G., Coombes B., Joynson R. et al. (2023): Exotic alleles contribute to heat tolerance in wheat under field conditions. Communications Biology, 6 (1): 21. doi: 10.1038/s42003-022-04325-5.