Článek
Jedna z hospodářsky nejvýznamnějších plodin, která nás provází již více než 12 000 let, je pšenice.
Výzkumu a šlechtění pšenice se odborníci intenzivně věnují od padesátých let dvacátého století. Vysoce výnosná plodina pšenice má asi 45-50 zrn v klasu. Při omezené dodávce dusíku však tento počet klesá.
Postupně byly vyvinuty odrůdy pšenice s vysokým výnosem zrna, ale poměrně citlivé na choroby, teplo a sucho, a zároveň závislé na vyšších dávkách hnojiv. Právě proto se teď výzkumníci obracejí ke starému genofondu pšenice. Tyto stoleté odrůdy pšenice by mohly vyřešit choroby, odolnost a jiné dávno ztracené vlastnosti.
V roce 1924 nastoupil do Ústavu pro šlechtění rostlin na University of Cambridge Arthur Ernest Watkins. Začal studovat anatomii pšenice a zkoumal variace ve vlastnostech, jako jsou struktury podobné listům v horní části stonku. Zjistil, že tyto rysy mohou odlišovat různé odrůdy pšenice. Přesvědčil společnost London Board of Trade, aby jeho jménem shromažďovala vzorky pšenice.
Během dvaceti let konzulové a obchodní zástupci napříč Britským impériem i mimo něj navštěvovali místní trhy a nakupovali obilí, které bylo vypěstováno v co nejrůznějších prostředích. Celkem bylo nasbíráno 827 druhů pšenice, z nichž mnohé již dávno zmizely z farem.
Od té doby udržovali kurátoři sbírku životaschopnou tak, že každých několik let vysévali zrna pšenice, která následně znovu ukládali do depozitáře. Sbírka byla přerušena druhou světovou válkou, kdy byly ztraceny některé krajové odrůdy.
Základem současných genetiků je zkoumat genomy pšenice z genofondu, vysévat je na pole a zkoumat jejich vlastnosti. Vědci již identifikovali geny, které, pokud by byly použity v genomu moderní pšenice, by snížily spotřebu dusíkatých hnojiv a zvýšily odolnost rostlin.
Farmáři dávno přestali pěstovat mnoho krajinných odrůd a nahradili je vysoce výnosnými odrůdami. Jenomže tím pšenice ztratila svou jedinečnost. Navíc staré odrůdy farmáři křížili s novými a tím došlo ke ztrátě rozmanitosti.
Tým evolučního genetika Shifenga Chenga za pouhé tři měsíce sekvenoval všech 827 historických odrůd z genofondu a k tomu 208 moderních odrůd, pěstovaných v současné době.
Historické krajové odrůdy obsahovaly dvakrát tolik rozmanitosti než všechny moderní odrůdy. „Viděl jsem, že jsme prozkoumávali zlatý důl,“ říká Cheng.
Aby však šlechtitelé mohli tuto rozmanitost využít, potřebovali vědět, které krajové rasy by mohly vylepšit pšenici potenciálně žádoucími vlastnostmi. Tým tedy vytvořil křížence ze sbírky semen, a to vedlo k 6762 unikátním populacím. Po jejich pěstování ve sklenících a na polích ve Spojeném království a Číně tým změřil 137 vlastností včetně výnosu, nutričního obsahu a odolnosti vůči stresu.
„V zásadě můžeme identifikovat geny pro jakoukoli vlastnost, která je pro pšenici důležitá,“ říká Cheng.
Pro pěstování krajových odrůd na polích s vysokými nebo nízkými hladinami hnojiv vědci poznamenávají, že našli „velmi slibný genový shluk“ související s efektivním využíváním dusíku.
Ve Watkinsově sbírce byl objeven gen, který způsobuje odolnost proti padlí pšenice, Pm4, působící proti zvláště virulentnímu kmenu houby. Šlechtitelé v Mezinárodním centru pro zlepšení kukuřice a pšenice v Mexiku nyní pracují na přidání Pm4 do odrůd pšenice pěstovaných v jihovýchodní Asii, kde jsou sklizně ohroženy.
V Číně šlechtitelé přidávají do současných odrůd další vlastnosti pšenice ze sbírky Watkinse. Například zlepšují schopnost pšenice růst ve slané půdě.
Křížení přidává i nežádoucí vlastnosti, které musí být odstraněny dalším křížením. Šlechtitelům může trvat i několik desetiletí, než vylepší moderní odrůdy pomocí genů ze starých krajových ras.
doi: 10.1126/science.z1h1rob
