Transgenní rýže odolná k poléhání

31.8.2017 |

V raných dobách své evoluce si mnohé traviny postupně vytvořily dlouhá stébla, s mechanickou odolností odpovídající tehdejší tíži jejich klasů. Představovala pro ně konkurenční výhodu ve srovnání s nízkými plevely, byla užitečná pro „větrosnubnou“ strategii opylování. Pro zemědělské civilizace se obilná sláma stala významnou technickou surovinu i důležitým krmivem pro hospodářská zvířata.

Zprvu intuitivní a poté cílené šlechtění na výnos zrna přineslo problémy s poléhavostí obilných lánů v horšících se klimatických podmínkách. Zásadním vstupem do soutěže „stéblo vs klas“ se pak stala tzv. Zelená revoluce v sedmdesátých letech minulého století. Zejména díky úsilí Normana Borlauga byl svět postupně obohacen o nejrůznější odrůdy „zázračné“ pšenice, kukuřice a rýže. Odrůd krátkostébelných, ukládajících podstatně větší objem svých asimilátů do tvorby zrna.

Výchozími materiály tohoto šlechtění byly zvláště nejrůznější mutanti v citlivosti rostlin k fytohormonům ze skupiny gibberellinů, účastnících se mimo jiné v determinaci výšky rostlin. Ono konstatování „mimo jiné“ není v tomto kontextu bez významu. Úloha gibberellinů v růstu a vývoji rostlin je totiž velice rozsáhlá. A četné mutace tohoto typu tak vedle vítaného zkrácení stébla měly i důsledky nežádoucí. V případě rýže kupř. zmenšení velikosti zrn či květní laty.

I nadále tedy pokračoval výzkum alternativních cest ke snížení délky stébla a současně zvýšení jeho mechanických parametrů. Vědecký tým z Huazhong Agricultural University věnoval pozornost tzv. extensinům, představujícím hlavní, zejména hydroxyprolinem bohatou, složku rostlinných buněčných stěn. Vyskytují se v nejrůznějších pletivech, uplatňují v buněčném růstu a dodávají buňkám i orgánům potřebnou pevnost i pružnost.

Autoři s pomocí rýžové genomové databáze nejprve in silico definovali různé extenzinové geny a následně izolovali nový extensinu podobný gen, označený jako OsEXTL. Poté vytvořili potřebné vektory s tímto genem umístěným pod dvěma různými promotory (jedním „rýžového“, druhým „kukuřičného“ původu), zajišťujícími jeho nadprodukci v transgenních rostlinách.

Tři vybrané transgenní linie byly následně jednak testovány v tříletých polních podmínkách, jednak pečlivě analyzovány morfologickými, anatomickými i biochemickými technikami. Všechny, byť v různé míře, vykázaly zvýšenou odolnost k poléhání (10 – 48 %) při nezměněné produkci zrna i celkové biomasy. Buňky jejich internodií byly kratší a jejich stěny silnější. Obsahovaly méně pektinu, zato více celulózy, nezměněny byly hladiny hemicelulóz či ligninu. Laicky řečeno, sláma byla pevnější, ne však „dřevnatá“ a méně stravitelná.

Práce tak přinesla i řadu nových poznatků o funkci extensinů v rostlinách. Jaké však bude jejich využití nejen v čínské zemědělské praxi? Bude tato strategie použitelná i pro jiné obiloviny? Akceptuje také Evropa tyto přínosy molekulárního šlechtění? Uvidíme.

Zdroj:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12766/full

– Fan C. et al.: Ectopic expression of a novel OsExtensin-like gene consistently enhances plant lodging resistence by regulating cell elongation and cell wall thickening in rice.- Plant Biotechnology Journal 2017