Výnos kukuřice ovlivněný neočekávaným genovým účinkem

6.5.2019 |

V současnosti je kukuřice jednou z celosvětově nejvýznamnějších zemědělských plodin. Je využívána nejen jako potravina, ale především jako krmivo (zrno a píce) pro hospodářská zvířata. Mimo to je důležitou surovinou v potravinářském průmyslu pro výrobu oleje, škrobu, glukózy, fruktózového sirupu a také bioetanolu.

Jedná se o prastarou kulturní plodinu Nového Světa, jejíž domestikace začala již v pravěku, pravděpodobně v období 10000 – 5500 let př. n.l. Podle závěrů některých genetických analýz domestikace kukuřice započala zhruba kolem r. 7000 př. n.l. v centrálním Mexiku a odtud se nová plodina šířila dále. Do Evropy byla poprvé přivezena jen několik desetiletí po objevení Ameriky Kryštofem Kolumbem r. 1492.

Během domestikace ztratila kukuřice schopnost samovolně uvolňovat semena ze zbytnělého klasu, označovaného také jako palice. Její rozmnožování je proto plně závislé na člověku. Právě kompaktní palice usnadnila sklizeň, snížení ztrát zrna a zvýšení výnosu. Vzhledem ke klimatickým změnám, růstu lidské populace i dalším okolnostem hledají vědci i zemědělci další cesty zvyšování výnosu kukuřice.

Výzkumníci z Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) v USA v nedávné době publikovali článek, který se zabývá vztahem mezi zvláštní aktivitou genu RAMOSA3, zkráceně (ra3), jedné z drah výměny látek, větvením a výnosem kukuřice. Právě genu ra3 nově přiřazují i souvislost s větvením a výnosem.  Na základě porovnávání uspořádání samičích klasů a výnosů kulturní kukuřice a jejích příbuzných planých druhů vedoucí vědeckého týmu prof. David Jackson a jeho spolupracovníci z CSHL vyšli z následující myšlenky: Pokud se rostlina kukuřice nebo její část příliš větví, spotřebuje na tvorbu větví více energie, a tudíž jí zůstává méně na tvorbu semen. Více větví, čili větší členitost rostliny, vede k nižším nebo méně rentabilním výnosům.

Cesta k tomuto originálnímu poznatku však nebyla snadná. Jackson se spolupracovníky zpočátku předpokládali, že enzym, který gen ra3 kóduje a cukerný fosfát, označovaný zkratkou T6P, na který daný enzym působí, pravděpodobně společně zodpovídají za větvení palice. Přestože přesná funkce T6P dosud zůstává z větší části neznámá, vědci se domnívají, že látka má signální vlastnosti. Jaké však bylo překvapení výzkumníků z CSHL, když při zkoumání příbuzného genu tpp4, který také napomáhá řídit větvení, zjistili, že účinek genu nesouvisí s aktivitou jím kódovaného enzymu!

Začali se proto zajímat o to, zda tomu nemůže být obdobně i u genu RAMOSA3 (ra3) a jeho produktu – enzymu. Vyblokovali tedy činnost enzymu, aniž by vyřadili funkčnost vlastního genu ra3. Pro kontrolu sledovali pod mikroskopem jejich funkčnost a místa účinku v různých buňkách vyvíjejícího se kukuřičného klasu. Výsledkem pokusu byly normálně vyhlížející palice. To naznačuje, že ačkoliv gen ra3 řídí aktivitu enzymu, zdá se, že genem kódovaná enzymová aktivita není zodpovědná za větvení. Podle prof. Jacksona gen tedy může do formování palice zasahovat jinou, zatím neznámou aktivitou. Zjištění podstaty tohoto „fušování“ genu ra3 do větvení je předmětem dalšího výzkumu jeho týmu.

V souvisejících pokusech se badatelé také zaměřili na to, co se stane, když vyřadí některý z genů ra3 a tpp4 z činnosti pomocí mutací. Mutace jednotlivých genů či jejich kombinace vedly k rozpadu palice, jejímu větvení. Normální tvar palice, typický pro běžnou kukuřici, zajišťovala pouze vzájemná součinnost obou nenarušených genů.

Nový poznatek o specifických účincích genu ra3 je významný zejména pro šlechtitele rostlin, potenciálně otvírá možnosti pro další zvyšování výnosů stávajících vysoce výkonných odrůd kukuřice, ale i dalších zemědělských plodin.

Zdroj (včetně obrázků):

https://www.cshl.edu/crop-yield-in-maize-influenced-by-unexpected-gene-moonlighting/