Ječmen a klimatické změny: Jak mohou geny ječmene přispět k šlechtění odolných plodin
11.11.2024 | Václav Peroutka
Ječmen většina Čechů vnímá především jako základní složku piva, nicméně je pro lidskou civilizaci již více než 12 000 let klíčovou plodinou také v potravinářství či jako krmivo. Jeho schopnost růst v různých klimatických podmínkách – od mírných údolí Asie až po vysočiny Jižní Ameriky je důkazem jeho přizpůsobivosti. V důsledku sílících projevů klimatických změn se zachování odolnosti (nejen) ječmene stává velmi důležitým výzkumným tématem. Vědci se nyní zabývají genetickými příčinami odolnosti této rostliny jednak aby se její odolností inspirovali pro implementaci v jiných plodinách a také proto, aby zajistili, že se ječmenu bude i nadále dařit.
Výzkum zabývající se genomem plodin často vychází z důležitosti identifikovat geny, které se v průběhu vývoje změnily. Identifikace takových genů umožní předpovědět, kterým odrůdám se bude dařit v místech, kde se nyní potýkají se stále vyššími teplotami, delšími obdobími sucha, či dramatičtějšími bouřkami. Navíc je s pomocí nových technik šlechtění možné obdobné genové změny indukovat i v jiných plodinách.
Těmito tématy se zabývá například tým genetiků z kalifornské UC Riverside. Ti se ve svém výzkumu publikovaném v prestižním časopisu Science soustředí především na identifikaci genů, jejichž změny přispívají ke zvýšení, či naopak snížení odolnosti ječmene. Vzhledem k dlouhým generačním dobám rostlin se však podobné studie provádí velmi složitě, neboť se musí dlouho čekat na každou další testovanou populaci. K řešení tohoto problému se však vědcům z Riverside otevřelo perfektní řešení. Ke svému výzkumu využili jednoho z nejdéle trvajících biologických experimentů v historii, známého jako Barley Composite Cross II (CCII), který začal v roce 1929 v Davisu v Kalifornii. Tento pokus se původně zaměřoval na křížení a selekci různých druhů ječmene s cílem zvýšení produktivity a zahrnoval tisíce odrůd ječmene z celého světa, z nichž každý nesl odlišné genetické vlastnosti vhodné pro různé klimatické podmínky. Během téměř jednoho století tyto populace významně formoval přirozený výběr, který upřednostňoval specifické geny, jež rostlinám pomáhaly přežít v horkém a suchém prostředí Kalifornie. Vědci zjistili, že přírodní výběr v průběhu generací dramaticky snížil genetickou rozmanitost a většinu populace nakonec tvořila jediná dominantní linie. Tento proces odhalil sílu přírodního výběru u ječmene a umožnil vědcům pozorovat genetické změny ve velkém mnohobuněčném organismu v časovém měřítku přesahujícím běžné meze.
Geny zvýhodněné tímto přirozeným výběrem často hrály rozhodující roli v načasování reprodukce – umožnily ječmeni kvést v nejvýhodnějších okamžicích. Toto načasování je obzvláště v Kalifornii zásadní; plodiny musí kvést před dlouhým suchým obdobím, ale ne tak brzy, aby hrozilo jejich poškození mrazem. Příliš časné nebo příliš pozdní kvetení tedy ohrožuje zachování populace (a také výnos). Studie identifikovala několik specifických genů, které regulují toto citlivé načasování, což dává ječmeni výhodu v přizpůsobení se kalifornským podmínkám. Tyto vlastnosti však přesahují rámec Kalifornie; poskytují informace o tom, jak by se ječmen mohl šlechtit, aby se přizpůsobil klimatickým podmínkám, které se potýkají s extrémními výkyvy počasí a dlouhotrvajícím suchem v jiných zemích.
Jedním z fascinujících poznatků z experimentu je, že ačkoli proces přirozeného výběru zvýšil adaptaci ječmene, nezvýšil výrazně jeho výnos. Zlepšení výnosů obvykle vyžaduje manuální selekční techniky, protože výnosové znaky často konkurují jiným, jako je rychlost růstu a výška rostlin. Vyvážení těchto znaků představuje výzvu, ale také cennou příležitost: lepším pochopením kompromisů mezi výnosem a adaptabilitou mohou výzkumníci pracovat na vývoji odrůd plodin, které jsou jak produktivní, tak odolné.
Důsledky tohoto výzkumu přesahují i do pivovarnictví, kde přispívají k zajištění stálých dodávek piva. Díky určení genů, zodpovědných za odolnost ječmene, mohou vědci tyto poznatky potenciálně využít i u dalších základních plodin, jako je pšenice, rýže a kukuřice, které jsou ječmeni geneticky podobné. V době, kdy je produkce potravin stále více ohrožována změnou klimatu, je vývoj plodin, které mohou prosperovat navzdory kolísajícím teplotám a nepředvídatelným srážkám, klíčový. Výzkumníci doufají, že s využitím moderních nástrojů, jako je CRISPR a genové inženýrství, se jim podaří vypěstovat rostliny, které v náročných podmínkách nejen přežijí, ale budou i prosperovat. Využití poznatků z genetické odolnosti ječmene by v budoucnu mohlo mít zásadní význam pro udržení našich potravinových systémů a doufejme i pivovarnických tradic pro další generace.
O využití nových technik šlechtění v pivovarnictví se dozvíte více již příští týden v našem speciálním čísle bulletinu Svět biotechnologií!
Zdroje: