Rostliny vyvinuté v laboratoři

03. prosince 2012, 00:00 - Josef Tuček
03. prosince 2012, 00:00

Pomáhají v celosvětovém úsilí o udržení úrody potravin, ale také odsud pochází krém pro omlazení pleti. Ústav experimentální botaniky Akademie věd má širší záběr, než by se čekalo

Skleníky Ústavu experimentální botaniky v Praze jsou ze zpevněného skla, takže odolají i krupobití. Návštěvník v nich podvědomě čeká cosi exotického.

Avšak prochází z jednoho do druhého a je čím dál víc zklamán, protože pohled dovnitř je dost jednotvárný. „To víte, mezi našimi rostlinami z pohledu počtu kusů jednoznačně vede nenápadný huseníček rolní. A pokud jde o plochu, nejvíc jí u nás pokrývají rostliny tabáku,“ krčí rameny pracovník ústavu Jan Kolář.

Proč? Není to proto, že botanikům by se huseníček, vcelku běžný polní plevel, tolik líbil anebo že by byli náruživými kuřáky. Tyto rostliny symbolizují posun botanického výzkumu na úroveň molekul, do zkoumání genů. Jsou vlastně „pokusnými králíky“ v rostlinné genetice. Huseníček má malý genom (tedy souhrn dědičných vlastností uložených v DNA), takže se s ním dají dobře dělat genetické experimenty. Když se mu nějaký gen vyřadí z činnosti nebo naopak nový gen přidá, snáze se pozná, jakou mají tyto geny v organismu roli.

Huseníček je však příliš drobný. A tak se pro pokusy, v nichž se k posuzování změn potřebuje větší množství hmoty, zase používá tabák, jehož rostlina může měřit i přes dva metry, má veliké květy i listy. A její buněčné kultury se dobře vyvíjejí i ve zkumavce. „Od roku 1983, kdy tady pracuji, se výzkum neskutečně změnil,“ konstatuje ředitel ústavu Martin Vágner. „Od sledování toho, jak rostliny klíčí, rostou a kvetou, jsme se posunuli k poznávání genetických zákonitostí, proč je tomu právě tak.“ Jabloně jdou do světa Ústav experimentální botaniky nepřestěhoval všechen svůj výzkum do genetických laboratoří. Stále se v něm šlechtí některé rostliny klasickými postupy. Mezi nimi vedou jabloně, jejichž šlechtitelská stanice leží ve Střížovicích na Turnovsku. Nejvážnější houbovou chorobou, která jabloně postihuje, je strupovitost. Na listech se objevují hnědé až černé skvrny a na plodech šedočerné strupy.

To je pro pěstitele nepříjemná ekonomická rána, protože taková jablka nikdo nechce kupovat. „Díky šlechtění se nám daří získávat jabloně, které jsou proti strupovitosti odolné, takže ovocnáři mohou podstatně omezit používání chemických postřiků,“ konstatuje Radek Černý, který se šlechtěním jabloní zabývá.

Základem světového šlechtění na odolnost proti strupovitosti se stal planý druh jabloň mnohokvětá, v níž vědci našli gen, který proti strupovitosti chrání (označuje se jako Vf). Křížením se jim po několika generacích podařilo kombinovat gen odolnosti s vlastnostmi tržních odrůd jabloně, které dávají dobrou úrodu. Nyní botanikové hledají další rostliny, jejichž geny by se daly proti strupovitosti využít.

Jabloně vyšlechtěné v Ústavu experimentální botaniky jsou právně chráněny zejména v Evropské unii a v USA. Na jejich komerční množení se podařilo prodat 52 licencí v zahraničí a 69 licencí v České republice.

Nejznámějším se stal Topaz, který je nejrozšířenější evropskou odrůdou s genem Vf. Z novějších odrůd se začíná prosazovat Opal. Celkový prodej odrůd vyšlechtěných v ústavu dosahoval v posledních letech téměř milionu stromků ročně, což přineslo každým rokem několikamilionové licenční

příjmy.

Dvojí sklizeň auxinu Vědci jdou ovšem mnohem dál než ke klasickému křížení. Chtějí zjistit, jak by se dala rostlina navést k tomu, aby vyrostla přesně podle lidského přání. Botanikové už od třicátých let minulého století vědí, že růst rostlin ovlivňuje velice zajímavý hormon auxin.

Auxin se vytváří hlavně v mladých listech, odkud se pak šíří do celého organismu. Tento hormon následně řídí, kde rostlina vytvoří novou větvičku, nový list a jak bude větvit své kořeny. Některé poznatky se už využívají: například zahradníci dávají syntetickou verzi auxinu do substrátů, do kterých namáčejí kořeny rostlin při přesazování, aby lépe zakořenily. Na jihu Itálie mají zemědělci díky auxinu dvojí sklizeň baklažánů nebo rajčat ročně. V zimě sice nelétá hmyz, který by rostliny opyloval, ale když se postříkají auxinem, znovu vytvářejí plody, jenom bez semen. Nicméně badatelé vědí, že auxin má ještě další dosud nevyužité kapacity.

Design na přání?

Letos na jaře publikoval rakousko-česko-belgickošvýcarský výzkumný tým ve špičkovém vědeckém časopise Nature průlomový poznatek. Našli dosud neznámou skupinu sedmi bílkovin, které chování auxinu významně ovlivňují. Dostali se tedy zase o kus dál k ovládání tohoto hormonu.

„Teoreticky bychom díky tomuto poznání mohli jednou přimět stromy nebo keře, aby se více nebo naopak méně větvily, byly tedy košaté podle našich představ. To by se určitě hodilo například v zahradnictví, v němž je vzhled rostlin mimořádně důležitý,“ soudí vedoucí české části týmu Eva Zažímalová.

A jde v plánech ještě podstatně dál: „Tím, že auxin řídí vývoj rostlin, rozhoduje do značné míry i o výnosu plodin a může jej zvýšit.“ S rostoucími změnami klimatu na planetě by se určitě hodily také například zemědělské plodiny s delšími a více rozvětvenými kořeny, které snáze najdou vláhu. Docentka Zažímalová navíc připomíná, že zkoumání auxinu zatím patří do kategorie základního výzkumu. Při něm vědci poznávají pravidla fungování přírody.

Až později se ukáže, k čemu všemu se to bude hodit. Cesta z pokusného skleníku na zemědělská pole přitom může trvat i desítky let – to se nedá předem odhadnout. Od hormonů ke kosmetice Základní výzkum někdy přináší zcela nečekané výsledky. Když vědci zkoumali cytokininy, což jsou rostlinné hormony, které mimo jiné zpomalují stárnutí pletiv a rostlinných orgánů, ani je nenapadlo, že díky tomu vstoupí do kosmetiky.

Z jednoho ze zkoumaných hormonů totiž vytvořili odvozenou chemickou sloučeninu, u níž byli z čistě vědeckého zájmu zvědaví, jestli působí i na buňky živočišné. Vyzkoušeli to ve spolupráci s univerzitou v dánském Arhusu a zjistili, že látka skutečně ovlivňuje i regeneraci živočišných buněk. „Při všech kontrolách se také ukázalo, že látka nemá toxické účinky,“ konstatuje Miroslav Strnad, profesor Univerzity Palackého v Olomouci a vedoucí společné laboratoře své univerzity a Ústavu experimentální botaniky.

Výzkumníci sloučeninu patentovali a licenci na její využití prodali do USA, kde se prodává coby součást pleťového krému Pyratine-6. Ten omezuje zdrsnění lidské pokožky, brání jejímu loupání a snižuje projevy akné, kožních zánětů nebo kožního onemocnění zvaného růže. Ústav díky tomu získal licenční poplatky v řádu milionů korun.

„Zpomalené stárnutí je mimo jiné založeno na tom, že tyto hormony zpomalují dělení buněk. Brzdí tedy také rychlé dělení buněk rakovinných, a to i u myší. Ale ke zjištění, jestli by se daly využít také v lécích pro lidi, povede ještě dlouhý výzkum. Uvidíme,“ zamýšlí se ředitel ústavu Martin Vágner.

Banánovník z jaderného reaktoru Ve sklenících pobočky Ústavu experimentální botaniky v Olomouci už něco exotičtějšího najdete – pěstují tam banánovníky. Začali s nimi v osmdesátých letech. Ve spolupráci s Mezinárodní agenturou pro atomovou energii tehdy ozařovali ve výzkumném jaderném reaktoru poblíž Vídně výhonky rostlinky banánovníku. Radioaktivní záření vyvolávalo mutace. Některé rostliny pak nevyrostly, jiné získaly nové vlastnosti. Botanikové v Olomouci sledovali, zda jsou změny něčím výhodné. Na rozdíl od planých druhů jsou pěstované odrůdy banánovníku sterilní, jejich plody neobsahují semena. Množí se jen odnožemi a nové potomstvo je genetickou kopií původní rostliny. To ovšem znamená, že se jeho vlastnosti ani nezlepšují, ani nezhoršují. A když jednu rostlinu napadne choroba, rozšíří se i na ostatní a zničí je, protože žádná v sobě nemá geny odolnosti proti ní.

Proto se botanikové snaží vytvářet nové odrůdy uměle. Jedna odrůda banánovníku vzniklá ozařováním, nazvaná Novaria, na jejímž získání se podílel bývalý vedoucí olomouckého pracoviště František Novák, se dostala na plantáže v Asii, Latinské Americe i v Africe. Je nízká, takže se z ní trsy banánů snadněji sklízejí. A plody uzrávají dříve, takže plantáž může dát v jednom roce dvě úrody i v oblastech vzdálenějších od rovníku.

Které vlastnosti?

„Dnes necháváme radioaktivní ozařování stranou. Raději přímo zkoumáme geny banánovníku a zjišťujeme, jaké mají funkce,“ shrnuje Jaroslav Doležel, který olomoucké výzkumy vede. Je vědeckým ředitelem Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, jež vzniklo díky evropským penězům jako společný projekt Ústavu experimentální botaniky, Univerzity Palackého a Výzkumného ústavu rostlinné výroby.

Letos v létě oznámila skupina biologů ze sedmi zemí v časopise Nature, že rozluštili kompletní dědičnou informaci (genom) banánovníku. Český tým v této skupině vedl právě docent Doležel.

„Díky tomu, že teď známe genom banánovníku, můžeme najít geny, které zodpovídají za výnos anebo za odolnost proti škůdcům a chorobám,“ popisuje. „Časem bychom tedy mohli vhodné vlastnosti třeba i dodat pomocí genového inženýrství,“ tvrdí Doležel.

Bádejte podle svého Před několika měsíci získal Jaroslav Doležel od Akademie věd ČR pravděpodobně nejužitečnější vědecké ocenění, které může výzkumník v České republice dostat. Jmenuje se Praemium Academiae (Akademická prémie) a obnáší peníze – pět milionů korun vyplácených každý rok po dobu šesti let. Oceněný badatel tyto prostředky použije na výzkum podle svého vlastního uvážení.

„Je to fantastická věc,“ pochvaluje si docent Doležel. „Samozřejmě peníze za Akademickou prémii nestačí na všechno, čemu se věnuji. Umožní mi ale zaplatit ten výzkum, od kterého čekám nejpřevratnější výsledky a o němž bych opatrné grantové agentury jen obtížně přesvědčoval.“

Ví, co chce zkoumat. Banánovník je významná rostlina zajišťující obživu pro stovky milionů lidí v tropických a subtropických zemích. Ale plodinami, na kterých závisí výživa lidí v celém světě, jsou také ječmen, a především pšenice. Na výzkumu jejich dědičných vlastností pracují v mezinárodní spolupráci právě vědci z olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky. Obilí pro horko i pro nemocné Loni se s kolegy z Evropy a Japonska podíleli na sestavení první podrobné „mapy“ genů ječmene. Ale řeší ještě větší úkol. Genom pšenice je asi třikrát větší než genom ječmene (a dokonce asi šestkrát větší než genom člověka). Je tedy velmi obtížné jej vyluštit. Právě docent Doležel navrhl způsob, jakým by šlo obrovské množství DNA rozdělit na menší části, aby na každé z nich mohla pracovat jiná laboratoř ve světě a výsledky se pak daly dohromady. Trvalo několik let, než světoví genetikové jeho návrhy přijali, a mezinárodní konsorcium pro přečtení DNA pšenice nyní pracuje podle nich.

Na pšenici závisí výživa asi poloviny lidstva.

Neustálým šlechtěním se podařilo získat specializované odrůdy. Některé jsou vhodné na mouku pro chleba, jiné se zase hodí pro výrobu sušenek nebo těstovin. Má to ovšem i svá úskalí. Šlechtěním se totiž také ztrácejí některé užitečné vlastnosti, které měli planí předkové pšenice. A mohla se tak ztratit například i odolnost proti škůdcům a rostlinným nemocím. A tu je nyní nutné do vyšlechtěných odrůd zase vrátit.

Potřebné odrůdy půjde snadněji získat, když vědci najdou odpovídající geny. Pak je mohou do současných odrůd cíleně přenést buď křížením, při němž ovšem už vědci sledují, zda se opravdu přenesl požadovaný gen, nebo metodami genového inženýrství v laboratoři. Dá se současně čekat, že svět bude potřebovat také odrůdy obilí, kterým nebude vadit horko a sucho. Nebo třeba pšenici vhodnou pro osoby, které mohou jíst jen bezlepkové pečivo. „A hlavně budeme potřebovat obiloviny s mnohem vyššími výnosy,“ připomíná Jaroslav Doležel. „Naši politikové si to ještě pořádně neuvědomují, protože u nás je zatím potravin dost. Ale orné půdy ubývá, počet obyvatel na světě roste a něco budou muset jíst.

Náš výzkum k tomu určitě přispěje.“ l

O autorovi| Josef Tuček • spolupracovník redakce

Mohlo by vás zajímat

  • Majitel textilky Juta a senátor Hlavatý: V Senátu by…

  • Jan Hawelka: kavárenská hvězda z Mostu

  • Aleš Kučera: Chvíli potrvá, než se lidé naučí se státem…

  • Ondřej Kania: Otevřeme další dvě školy

  • Martin Burda: Bankám v Česku ujíždí vlak

  • Mnislav Zelený Atapana: Přítel amazonských indiánů

  • Jan Bílý: Nebuď uštvaný manažer. Buď král!

  • Jaroslav Žlábek: Na jedno nabití ujedeme 1000 kilometrů

  • Daniel Stein Kubín: Slova jsou jen slova, surf a poušť…

Hry pro příležitostné hráče