Šlechtění pšenice s genem tolerance vůči salinitě půdy

Australští výzkumníci využili prastarý gen tolerance obilnin vůči zvýšené koncentraci solí v půdě a vyšlechtili velmi žádanou odrůdu pšenice s touto tolerancí.

    Od nynějška za generaci nebo možná dříve, budou producenti obilí pravděpodobně pěstovat pšenici, kukuřici, sóju, kanolu a možná další plodiny s charakteristikami tolerance vůči soli, a budou přitom pohlížet na březen 2012 jako historické datum introdukce první tvrdé pšenice tolerantní vůči soli – v Austrálii.

     To nebude geneticky modifikovaná plodina přinejmenším v případě pšenice a pšenice tvrdé, protože gen toleranci k solím umožňující byl v děděném genofondu. Již existoval a čekal na objevení. A pěstitelé možná zaznamenají další nové charakteristiky rostlin využívající další geny, které byly neznámé pro šlechtitelské programy 20. století.

     Touto myšlenkou se před 15 lety začali zabývat vědci z organizace CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) státní vládní organizace  pro vědecký výzkum v Austrálii. Ti nyní spolupracují s vědci z university v Adelaide a výzkumným centrem ARC Centre for Plant Energy Biology.  

     V březnu 2012 byl v časopise Nature Biotechnology publikován článek o vývoji tvrdé pšenice tolerantní vůči soli, která je připravena pro komerční hospodaření.

     Vědci rovněž prokázali že tolerance vůči salinitě může být obecně zlepšena u obilovin zlepšením schopnosti vyloučit soli z výhonků. Jestliže podobné výsledky mohou být realizovány u odrůd dalších plodin, je to začátek cesty k omezení hrozby globální potravinové krize očekávané po roce 2050.

     Salinita postihuje více než 20 % zemědělské půdy ve světě. Ani západní Kanada není imunní. Podle organizace Agriculture Canada devět procent zemědělské půdy v kanadské oblasti Prérií v roce 2006 bylo v mírném až velmi vysokém riziku salinity. (Díky zlepšeným zemědělským praktikám během posledních 25 let  množství půdy s rizikem salinity bylo sníženo téměř o polovinu.)

     V půdách oblasti Prérií dominují čtyři typy solí: ionty vápníku, hořčíku, sodíku a síranů. Gen tolerance vůči solím, nyní účinný v nové tvrdé pšenici, působí zvláště proti sodíkovému iontu. Tvrdá pšenice je jednou ze senzitivnějších plodin. Podle publikace kanadské organizace Manitoba Agriculture, Food and Rural Initiatives salinita půdy při nízké koncentraci pravděpodobně způsobí až 50 % ztrátu na výnosu u takových plodin jako fazole, hrách, kukuřice, sója, slunečnice, jetel a bojínek. Při mírné koncentraci může salinita způsobit 50 % ztrátu na výnosu u kanoly, lnu, ovsa, pšenice, žita, ječmene, trávy sveřepu, vojtěšky, komonice a štírovníku.

            Navíc, úroveň salinity je v polích často nestejnorodá. Může kolísat s topografií terénu, úrovní spodních vod, vlhkostními podmínkami a dalšími faktory. Ale tento specifický gen tolerance vůči salinitě působí jen proti aspektu toxicity podmínek vysokého obsahu sodíkových iontů, které snižují produkci v Austrálii.

     Existuje mnohem více než jen toxicita zasolení. Existuje také složka osmotického stresu spojená se suchem. Tento problém zatím vědci nevyřešili, a proto na něm chtějí pracovat, pokud budou na tento výzkum získány finance.

     Jak půda během sucha vysychá, přirozené koncentrace soli se zvyšují. Když koncentrace  solí v roztoku živin v půdě přesahuí koncentraci v sousedící rostlinné tkáni, pro rostliny je obtížné extrahovat vodu z půdy. Rostlina nebo plodina bude postupně dehydratovat. Tyto dva procesy - toxicita solí a osmotický stres  se mohou vyskytovat společně a v kombinaci mají dokonce dramatičtější vliv na výnos.

     Australský výzkumný tým začal hledat další dědičné genové charakteristiky, které by mohly působit proti vlivu toxicity solí a osmotickému stresu. Vědci již mají pro toto slibná vodítka v současných šlechtitelských programech. Jejich eventuálním cílem je pyramidální tolerance vůči stresu ze solí spolu s touto tolerancí vůči osmotickému stresu, aby mohli dále zlepšovat výnos v rámci podmínek zasolených půd. To by byl vynikající výsledek.

     Hledání genetického „zlata“ je měřeno roky a desetiletími. Jsou to dvě desetiletí, kdy vědci z CSIRO poprvé nalezli jednu linii pšenice, která měla mnohem větší užitkovost v zasolené půdě než jakákoli jiná linie. Ale objevit důvod toho, že se předvedla tak o mnoho lépe, trvalo za pomoci technologického rozvoje, až do tohoto roku. Vědci zjistili, že tvrdá pšenice obsahovala zděděný gen tolerance vůči solím (TmHKT1;5-A) pocházející z první domestikované trávy ve středním Turecku – Triticum monococcum pěstované již před 5000 lety. Funkce tohoto genu, který objevili, je transportovat a skladovat v kořenové struktuře většinu solí, se kterými se rostlina setkává.

     Prostřednictvím procesu domestikace a šlechtitelské selekce - pro zlepšený výnos v ideálních podmínkách –byl tento gen z genomu moderní pšenice z nějakých důvodů ztracen. To znamená, že když moderní odrůdy pšenice odebírají sůl z půdy, akumulují soli ve výhoncích, stoncích a listech. Když jsou soli koncentrovány v tkáni výhonků, zastaví metabolismus rostliny. Vědci využili konvenční šlechtění rostlin, aby importovali tento gen tolerance vůči solím do moderní tvrdé pšenice. Prověřovali jeho účinnost a zjistili, že výnos se okamžitě zvýšil bez jakéhokoli zhoršení dalších charakteristik a ukázal, že v půdě bez problémů salinity gen nesnižoval výnos.

     Chlebová pšenice byla vůči salinitě méně citlivá, ale reagovala také, když australští vědci umístili stejný gen transportu solí do existující odrůdy.

     Pro vědce to bylo určité překvapení. Jeví se, že tento transportní gen doplňuje gen již přítomný v chlebové pšenici a zvyšuje schopnost chlebové pšenice být výkonná na slané půdě. A ukazuje se, že nedochází ke snížení výnosu, buď na slaných nebo neslaných půdách.

     Když bylo splněn úkol prověření genetiky pro gen tolerance vůči solím u pšenice, organizace CSIRO rozhodla uvolnit tento gen pro veřejné používání bez licenčního poplatku.

     Od zlomového data – března tohoto roku je tento genový fond žádán šlechtiteli rostlin v zemích po celém světě včetně Francie, Ukrajiny, Indie, Bangladéše, Pákistánu a Číny.

     Osivo je nyní dostupné prostřednictvém organizace CSIRO pro distribuci v rámci MTA, takže agenturami a laboratořemi financované z veřejných propstředků mohou pokračovat ve vyvíjení odrůd pšenice tolerantních vůči solím adaptovaných na lokální podmínky.

     Nyní se otevřely dveře výzkumu možnosti zlepšení tolerance vůči solím i pro kukuřici a kanolu.

Top CropManager, vol. 38, 2012, č. 11, s. 26

http://www.nzpk.cz/objednavka-reprograficke-sluzby/