Resyntetizovaná pšenice nabízí nejen vyšší výnosy

Před několika týdny jste se mohli v řadě našich sdělovacích prostředků dočíst o tom, že vědci z National Institute of Agricultural Botany (NIAB) v Cambridge ve Velké Británii vytvořili novou pšenici, která poskytuje až o 30% vyšší výnos zrna a mohla by tak zažehnat budoucím hladomorům spojených s přibývající lidskou populací a rostoucími náklady na produkci potravin. Na internetu jsem našel další informace o této pšenici a chtěl bych se o ně s Vámi v tomto článku podělit. 

Pšenice je jednou z nejstarších kulturních rostlin. Začátky jejího pěstování jsou spojeny se vznikem zemědělství. Pro významnou část světové populace je pšenice hlavní potravinou a zabírá větší plochu (240 miliónů hektarů) než jakákoli jiná komerční plodina. Pšenice poskytuje člověku pětinu kalorií. V příštích padesáti letech bude svět potřebovat pěstovat více pšenice než kdykoli předtím, avšak od roku 1980 se nárůst výnosů pšenice snižuje.

Pšenice pochází z území nazývaného “Úrodný půlměsíc“, které se nachází na Středním Východě (severní Izrael, Libanon a části Iráku a Sýrie). Existují důkazy, že semena planých trav, které jsou předky moderní pšenice, byly sbírány člověkem tisíce let před tím, než začaly být tyto trávy pěstovány.

Planá pšenice dvouzrnka (Triticum dicoccoides) a v menším rozsahu planá pšenice jednozrnka (T. urartu) byly prvními pěstovanými druhy pšenice. Obě jsou plané trávy s haploidním počtem chromozómů n=7.

Dvouzrnka je přirozený hybrid mezi T. urartu a planou trávou Aegilops triuncalis. Sedm chromozómů obou rodičů se v hybridovi spontánně zdvojilo (2n=28) a dalo vznik přirozenému fertilnímu mezidruhovému hybridu, který je tetraploid.

Dvouzrnka byla široce pěstována v období neolitu a rozšířila se po celé Evropě. Domestikovaná dvouzrnka (T. dicoccum) pokračovala v diverzifikaci po staletí a hlavním produktem z dvouzrnky byla tetraploidní pšenice tvrdá (Triticum durum).

Mezitím se na Středním Východě dvouzrnka stala rodičem pšenice seté (Triticum aestivum), když se zkřížila s trávou Aegilops squarrosa, a tak získala další sadu 7 chromozómů. Spontánní zdvojení chromozómů způsobilo fertilitu hybrida (2n=42). A. squarrosa přispěl geny, které produkují gluteninové proteiny zajišťující pružnost těsta vyrobeného z mouky T. aestivum. Těsto dobře kyne a poskytuje nadýchané bochníky s pórovitou strukturou. Pšenice setá se dostala do Evropy a nahradila dvouzrnku v průběhu Doby železné 800-100 př. n. l..

Největší změnou pěstované pšenice v poslední době bylo dramatické zkrácení výšky od začátku 20. století a především od šedesátých let minulého století. Záměrným vnesením jediného genu (různé alely jediného genu) bylo možné produkovat středně zakrslé pšenice, které jsou více odolné poléhání a produkují více zrna než staré odrůdy. Tyto geny zakrslosti byly základem “zelené revoluce“ a pomohly zdvojnásobit výnosy pšenice na celém světě v šedesátých a sedmdesátých letech minulého století.

Původní dávné křížení doposud poskytlo genetický základ všech dnešních moderních odrůd pšenice. Za dobu domestikace zvýšily rostliny pšenice výnos, ale v současnosti se tato zvýšení zpomalila, což vedlo k obavám o zajištění dostatku potravin v budoucnosti. Toto bylo částečně způsobeno erozí diverzity pšenice během domestikace a dosažením limitu možností zvýšení výnosu v rámci současného genofondu pšenice.

V NIAB v Cambridge znovu provedli původní vzácné křížení mezi starou pšenicí a planým druhem trávy, ke kterému došlo na Středním Východě před 10 000 roky. Výsledkem je pšenice, která když bude křížena s moderními odrůdami, může poskytnout nové zdroje zvýšení výnosu, toleranci k suchu, horku a zasolení půdy, rezistenci k chorobám, nepoléhavost, lepší složení bílkovin zrna a efektivní využití agrotechnických vstupů.

Syntetická hexaploidní pšenice (synthetic hexaploid wheat, SHW) z NIAB je křižitelná s moderními pšenicemi, což je výborný most pro přenos nových zdrojů genetické diverzity z planých předků do odrůd pěstovaných farmáři po celém světě.

Program syntetické hexaploidní pšenice zahrnoval křížení pšenice tvrdé (T. durum) s planou trávou z rodu mnohoštět (Aegilops) tradičními kříženími ve skleníku kombinované s tkáňovými (in vitro) kulturami ve výzkumné laboratoři za účelem zajištění klíčivosti semen (embro rescue technique). Výsledné hybridní rostliny produkující “syntetická“ semena, která jsou následně použita v hybridizačních programech se současnými odrůdami. Nadějné linie jsou následně předávány komerčním šlechtitelským partnerům, aby je zařadili do svých programů pro pšenici.

Vedoucí šlechtitel Dr. Phil Howell říká, že na základě počátečních pokusů si jsou jisti, že přínos výnosu a úroveň pozorované potenciálně využitelné variability získané tímto novým krokem resyntézy původní rostliny pšenice naznačuje hlavní změnu v procesu zlepšování vlastností pšenice. V prvních polních pokusech bylo dosaženo zvýšení výnosu až o 30%, přestože v minulých několika letech bylo chladno, vlhko a nedostatek slunečního záření snižoval výnos. "Plánujeme použít tento materiál v testovacích pokusech, abychom poskytly šlechtitelům materiál adaptovaný na omezení požívání pesticidů a umělých hnojiv spojené s budoucími klimatickými změnami." Nové odrůdy budou mít farmáři k dispozici nejdříve v roce 2019.

První syntetické hexaploidní pšenice byly vytvořeny v mezinárodním centru pro šlechtění pšenice a kukuřice (CIMMYT) v Mexiku, které provádělo rozsáhlý program zaměřený na vývoj syntetické pšenice v osmdesátých letech dvacátého století. SHW z CIMMYT jsou používány po celém světě, především šlechtitely pracujícími v suchých podmínkách s extenzivními výrobními systémy s nižšími výnosy.

Práce v NIAB je první systematickým zkoumáním syntetických linií pšenice v mírném klimatickém pásmu Velké Británie s intenzivními systémy pěstování.

Práce byla financována Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) Velké Británie, britskou organizací pro obiloviny a olejniny (HGCA) a třemi předními šlechtitelskými firmami (KWS, Limagrain a RAGT), a tak se o příjmy vyplývající z komercializace výsledků této unikátní šlechtitelské spolupráce podělí veřejná a soukromá sféra.

Tento proces nevyžadoval žádnou genetickou modifikaci (transgenózi) zmíněných plodin.

Autor: Dr. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Anonymous (2013): Wheat Breeding Science Offers Greater Yields.

Anonymous (2013): An International Vision for Wheat Improvement.

Anonymous (2013): Wheat Evolution Activities.

Anonym (2013): Vědci dosáhli průlomu v šlechtění pšenice.

Anonym (2013): Superpšenice vybavená 10 000 let starými geny má nakrmit svět.