Efektivnější přenos genů z planých druhů do pšenice a získávání nových odrůd s unikátními vlastnostmi umožní identifikace důležitého genu Ph2. Na objevu, který publikoval prestižní vědecký časopis Nature Communications, se kromě francouzských a australských výzkumníků významně podíleli také odborníci z našeho olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin.

Dědičná informace pšenice obsahuje na 124 tisíc genů, což je téměř šestkrát více než u člověka. Většina z nich nebyla dosud popsána a neví se, jakou mají funkci. To byl i případ genu pojmenovaného Ph2, který dosud vědci nedokázali identifikovat.

Po téměř sedmiletém „detektivním“ úsilí se to nyní podařilo mezinárodnímu výzkumnému týmu, který spolu s olomouckými vědci tvořili odborníci z INRAE Research Center v Clermont-Ferrand a University of Adelaide. Nově identifikovaný gen Ph2 je nesmírně významný, protože odpovídá za správné chování chromozomů při tvorbě pohlavních buněk.

„Tento gen zajišťuje stabilitu celého genomu. Pšenice vznikla křížením tří druhů trav, a obsahuje proto tři sady velmi podobných chromozomů. Pokud by se v průběhu tvorby pohlavních buněk chromozomy správně nepárovaly, mělo by to pro rostlinu nepříznivé důsledky.“

„Identifikaci genu Ph2 proto považujeme za velký úspěch, který povede k mnohem snazšímu přenosu genů z příbuzných planých druhů do pšenice,“ říká genetik Jan Bartoš, vedoucí skupiny, která se v Ústavu experimentální botaniky AV ČR výzkumu věnovala.

Vnitřek květu pšenice, ve kterém probíhá párování chromozomů. Snímek ze soutěže Věda fotogenická, autor Zbyněk Milec (ÚEB).

Nalézt a popsat gen Ph2 bylo komplikované, protože projevy jeho aktivity jsou obtížně pozorovatelné. Vědce čekala doslova mravenčí práce, potvrzuje výzkumník Radim Svačina z olomoucké laboratoře:

„Každou rostlinu jsme museli zkřížit s příbuzným druhem, v našem případě se žitem. Museli jsme počkat, až vyroste kříženec, a pak pod mikroskopem zkoumat jeho prašníky ve vyvíjejících se květech. Jedině tak jsme mohli zjistit, jestli se chromozomy správně párují, či ne. Jen tato fáze nám zabrala přibližně tři roky. Náročné bylo i to, že jsme neměli jistotu, zda se nám vůbec podaří požadovaný gen najít.“

Objev mezinárodního týmu bude mít přímé využití v praxi. Vědci totiž předpokládají, že vlastnosti genu Ph2 začnou velmi brzy využívat šlechtitelské firmy, které tak budou moci mnohem rychleji a snadněji vyšlechtit raritní kultivary s mimořádnými vlastnostmi.

„Moderní odrůdy ztratily v průběhu mnoha let šlechtění důležité vlastnosti, které do nich teď můžeme vrátit. Divocí příbuzní pšenice mají obrovskou zásobárnu genů, které ovlivňují například odolnost rostliny vůči chorobám, suchu nebo zasolení půdy. Jiné geny odpovídají za obsah zdraví prospěšných látek, například vlákniny, betaglukanů a antioxidantů.“

„To je nesmírně důležité právě v této době, kdy je potřeba zvýšit výnosy a kvalitu pěstovaných plodin a zajistit tak dostatek potravin pro rostoucí světovou populaci,“ vysvětluje rostlinný genetik Jaroslav Doležel, který vede olomoucké Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin. Podle něj je velkým pozitivem také to, že geny s požadovanými vlastnostmi mohou být do pšenice přeneseny přirozenou cestou, tedy běžným křížením.

Radim Svačina charakterizuje pšeničné linie v olomoucké laboratoři ÚEB.

Olomoucké Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR je partnerem Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Zaměřuje se na studium struktury a funkce dědičné informace rostlin, především obilovin, banánovníku a trav.

Využívá nejmodernější metody cytogenetiky, molekulární biologie a genomiky. Účastní se mezinárodních projektů cílených na čtení dědičné informace významných plodin a na izolaci důležitých genů.

Jde o celosvětově uznávané pracoviště, které pod vedením rostlinného genetika prof. Jaroslava Doležela, držitele nejvyššího českého vědeckého ocenění Česká hlava, vyvinulo unikátní metody a postupy a které svými výsledky přispívá ke šlechtění nových odrůd zemědělských plodin s požadovanými vlastnostmi.

* * *

Odkaz na článek:

Serra, H., Svačina, R., Baumann, U., et al. (2021): Ph2 encodes the mismatch repair protein MSH7-3D that inhibits wheat homoeologous recombination. Nat. Commun. 12, 803.

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21127-1 (open access – plný text přístupný zdarma)

Text: Radoslava Kvasničková, úprava pro web Jan Kolář (Ústav experimentální botaniky AV ČR)