Proč je s pšenicí potíž?„Čtení“ genetické informace rostlin je z několika důvodů současnými metodami velmi obtížné. Jak přesně probíhá a v čem je práce českých vědců přesně ojedinělá, vysvětlujeme v našem souvisejícím článku, který najdete zde. |
Když Jaroslav Doležel pózoval našemu fotografovi pod banánovníky, venku se pomalu vytvářela námraza. Ve skleníku olomouckého Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum ale panovalo příjemné klima a na rostliny v něm se snášel jemný deštík z rozprašovačů.
My banánovníky trochu rozmazlujeme, řekl k tomu hned Doležel, který je vědeckým ředitelem Centra a šéfem týmu, který si připsal jeden z velkých úspěchů české vědy v minulém roce. Jeho skupina byla klíčovou součástí mezinárodního týmu, který se pokusí zpřístupnit genetickou informaci pšenice a přispět tak nejen k vědeckému poznání, ale také zajištění potravinové bezpečnosti celého světa.
Kolik banánů ročně sklidíte?
Prakticky žádný. Většina našich banánovníků jsou planí příbuzní pěstovaných odrůd – poznáte je podle úzkých listů, navíc je dusíme v malých květináčích. Nepotřebujeme plody, ale pěstujeme je pro kořínky a listy, ze kterých získáváme pokusný materiál. Je mi to líto, vzrostlý banánovník je krásná a úžasná rostlina. A pro náš ústav důležitá. I když jsme teď známí díky pšenici, byli jsme první, kdo určil, jak velká je dědičná informace banánovníku.
Proč se zajímáte o banány, jak jste se k nim dostali?
Právě díky stanovení velikosti dědičné informace banánovníku jsme se dostali do komunity vědců zabývajících se touto rostlinou. Vypracovali jsme metodu pro určování různých typů banánovníku a jezdili jsme ji učit šlechtitele v Africe a Asii. Spolupráce s nimi se dále prohlubovala, takže dnes jsme součástí velkých mezinárodních projektů zaměřených na banány. Ale ne ty sladké, které jíme my. Převážně jde o různé druhy škrobových banánů, které se pěstují v tropech. Plní tam v podstatě roli našich brambor, banány jsou pro ně základní potravina. Úsilí tedy směřuje hlavně k vytvoření nových typů těchto banánů.
A jak se to daří?
Zatím v podstatě vůbec. Pěstované banánovníky jsou skoro sterilní a křížení je velmi obtížné. Dosud také nikdo žádnou novou a úspěšnou odrůdu nevypěstoval. Sladké banány, které všichni známe, jsou plody odrůdy Cavendish, kterou měl ve své botanické zahradě anglický vévoda William Cavendish. Roku 1829 ji získal odněkud z jihovýchodní Asie. Tuto odrůdu tedy nikdo nevyšlechtil, a i když už máme představu o tom, jak asi vznikla, přesně to nevíme a neumíme ji znovu vytvořit. Škrobových banánů je podstatně více odrůd, ale zatím nikdo nepřišel s nějakou novou, lepší odrůdou. Byla jediná výjimka: v 70. a 80. letech minulého století fungoval v Hondurasu úspěšný pěstitelský program, který vedl Američan Phil Rowe. Ten jako jediný vyšlechtil nové typy škrobových banánů, které jsou konkurenceschopné a některé se začínají uplatňovat. Ale jako výsledek stoletého úsilí celého světa to není žádná sláva.
Klíčení rostlin, z jejichž kořínků se odebírají buňky pro přípravu vzorků, ze kterých se v Olomouci čte DNA. Rostliny se pěstují hydroponicky, tedy jen ve vodě, a mají díky chemikáliím „zaražené“ dělení, dokud není ta správná chvíle.
Váš ústav ale nemá pole v Hondurasu, jak můžou v takové věci pomoci čeští biologové?
Doufáme, že pomůžou metody molekulární biologie, včetně čtení DNA. Na ústavu máme doktoranda z Ugandy, který se snaží určit souvislost mezi dědičnou výbavou a výslednou podobou rostliny, takzvaným fenotypem. Který gen, či spíše geny ovlivňují třeba rychlost růstu kořenů či listů, jejich velikost, dozrávání plodů a tak dále. Je to složitá práce se spoustou výpočtů a statistiky, ale doufáme, že to pomůže a šlechtění se stane cílenější. Vlastně na tom není nic zvláštního: umíme něco, co málokterá jiná laboratoř, a tak dostáváme projekty z celého světa. Letos na podzim jsme se například začali věnovat šafránu setému, protože nás kolegové ze středomořské oblasti požádali o pomoc při přípravě vzorků pro genetické zkoumání rostliny, která produkuje nejdražší koření. Třeba se konečně dozvíme, jak tato sterilní rostlina, která se množí jen hlízami, vznikla.
Vaší specialitou je především práce s rostlinnou DNA s využitím postupů, které se jinak používají spíše třeba v medicíně. Jak k tomu došlo?
Už kdysi v 80. letech, kdy jsem dělal doktoranda, tehdy se říkalo aspiranturu. Pracoval jsem tehdy částečně i v patologické laboratoři jedné brněnské nemocnice. Patologové si mě vzali trochu pod ochranná křídla a jeden z nich mi ukázal prospekt přístroje, který jsem předtím nikdy neviděl: průtokový cytometr. Když mi popsal, co dělá (v podstatě umožňuje měření a třídění buněk velkou rychlostí, pozn. red.), v tu chvíli mě okamžitě napadlo – to si pamatuji dodnes – že přesně něco takového bych potřeboval na svou práci. Není asi důležité, co přesně za práci jsem tehdy měl vlastně dělat, ale důležité bylo, že se ten přístroj podařilo sehnat. Na tu dobu to byl malý zázrak, když jsem totiž šéfovi poprvé řekl, kolik by to mělo stát, vytřeštil oči. Pak ho koupil s podmínkou, že pokud nebudou výsledky, už mi nikdy do laboratoře žádný jiný přístroj nekoupí.
Ale výsledky byly.
Ano, výsledky jsme měli slušné a hlavně jsme se nepřestali snažit. Naučili jsme se s cytometrem pracovat, vyvinuli jsme další metody, a tak jsme postupně nabalovali znalosti. Vůbec jsme samozřejmě nevěděli, kam to všechno povede, a vůbec bychom neodhadli, že jednou budeme pracovat na čtení genomu pšenice nebo na banánovníku. Z dnešního pohledu to ale bylo logické pokračování naší práce. Což je podle mého podstata dobrého základního výzkumu, u kterého prostě nemůžete vědět, kdy a co někomu prospěje a k čemu se přesně výsledky použijí. Důležité u něj je, aby se dělal poctivě a poznatky z něj byly k dispozici pro další vědce – poctivá práce není nikdy zbytečná. My jsme třeba při práci na pšenici využili práci Američana Ernieho Searse a jeho linie pšenice vyvinuté pro výzkum v 50. letech minulého století. On tedy vůbec nemohl tušit, že bude existovat nějaké čtení DNA a vůbec molekulární biologie, ale jeho práce dohromady s našimi znalostmi o půl století později vedla k vytvoření něčeho zcela nového.
Kdyby ale neexistovala možnost, že věda pomůže, proč na ni vůbec dávat peníze?
Já vím, je to těžké připustit, ale ono opravdu nejde přesně odhadnout, kam výsledky budou směřovat, a tak je nesmysl je přesně směřovat. Tlak na jasné stanovení přínosu dopředu vede k tomu, že se pak neříká pravda a výsledky vědy se neprodávají úplně poctivě. Jinými slovy: abych dostal grant, slíbím vám, že vás vyléčím ze všeho, co mě jen napadne. Vědec žádající o peníze sice moc dobře ví, že tak jednoduché, jak se v žádosti tváří, to nebude, ale de facto je nucen tohle dělat. Musí trochu předbíhat a přibarvovat, jinak bude peníze shánět jen těžko.
Kdy tedy můžeme podle vás reálně očekávat, že se třeba současná práce na pšenici – nebo na banánech – podepíše třeba na zvyšování výnosů?
Samozřejmě nevím, ale mohlo by to být v horizontu nějakých deseti, dvaceti letech.
Hanácká stodola s úrodou. Tak Jaroslav Doležel nazývá místnost s mrazícími boxy, je DNA pšenice fyzicky uložena při -80°C v podobě tzv. „knihoven“ (jedna knihovna je vždy jeden chromozóm) v bakteriích, do kterých vědci zanesli vždy malou část genetické informace této obiloviny. Celá dědičná informace pšenice je uložena v asi 2,5 milionech bakteriálních klonů ve více než šesti tisících miskách.
Může to být stejně velká změna jako „Zelená revoluce“ v druhé polovině 20. století, která v době prudkého nárůstu počtu obyvatel v podstatě vymýtila velké hladomory?
Druhá zelená revoluce prostě přijít musí. Počet obyvatel se zvyšuje, a že nás bude v roce 2050 o dvě miliardy více, je téměř jisté. A pokud to tak bude, musí se produkce potravin zvýšit až o nějakých 70 či 80 procent. Nejenže se výrazně zvětší počet obyvatel, ale všichni budou chtít lepší a bohatší stravu.
Jak může taková revoluce vypadat?
Podobně jako ta předchozí: bude spočívat ve šlechtění nových odrůd a zavádění odpovídajících zemědělských postupů včetně vhodného hnojení. Velmi důležité bude prosazení správných agrotechnických postupů, zejména v mnoha zemích Afriky. Zásadní roli budou ale hrát nové odrůdy, které musí mít vyšší výnosy než ty současné. Například pšenice je celosvětově asi na třetině, možná pětině výnosového potenciálu. Bude také nutné omezit posklizňové ztráty a zvýšit odolnost plodin vůči chorobám, škůdcům a klimatickým extrémům. Druhá zelená revoluce je ale nemyslitelná bez využití metod molekulární biologie a biotechnologií, které nejsou levné.
Které novinky už vstoupily či vstupují do praxe?
Zatím se může zdát, že třeba přínos genetiky v zemědělství zatím není zrovna veliký, ale jsme teprve na začátku. I když nevidím do budoucnosti, vím například, že velké firmy v oboru do genetických technologií mohutně investují. Může to být samozřejmě špatná sázka, ale možná se spíše shodnou v tom, že potenciál tu je. Ale abych byl konkrétní, hlavním přínosem jsou především nové odrůdy vyšlechtěné s pomocí metod, které využívají poznatků získaných čtením dědičné informace. A také odrůdy získané genetickými modifikacemi. Téměř dvacet let zkušeností zatím jednoznačně potvrzuje, že takové plodiny jsou pro zemědělce přínosné.
I když je GMO osivo dražší?
Ano. GMO osivo je sice dražší, ale přináší řadu výhod, včetně úspor na postřicích nebo na menším počtu výjezdů na pole – což není nic banálního, protože těžká technika půdu opravdu ničí. Navíc osivo si pěstitelé kupují i dnes, protože jedině tak mají zaručenou kvalitu. U mnohých plodin, jako je například hybridní kukuřice, to ani jinak nejde. Druhá generace rostlin je ze své biologické podstaty prakticky nepoužitelná. Samozřejmě GMO rostliny nejsou samospasitelné. Může se třeba stát, že škůdci si vůči nim vybudují odolnost, ale to není nic nového, protože podobné problémy máme s tradičními odrůdami vytvořenými i bez genetických modifikací. Nemůžeme čekat, že se svět úplně změní, když začneme dělat GMO plodiny, ale některé věci půjdou lépe než dnes.
Jak se tyhle genetické a biologické metody mohou vyvíjet v příštích letech? Dočkáme se podle vás nějakých zásadních změn či úplně nových „produktů“?
Hlavní metody už známe z praxe a nyní se hlavně dočkáme jejich zlepšování a zlevňování. Jednou z nich jsou již zmíněné genetické modifikace. Nemusí se přitom jednat vždy přímo o vkládání cizích genů, ale o úpravy vlastních genů rostliny. Záleží na cíli: když chcete rýži naučit vyrábět vitamin A, respektive látku, ze které si ho naše tělo připraví, tak si musíte pomoci genem jiného organismu, protože v rýži nutná genetická výbava chybí. (Jde o tzv. zlatou rýži, o které - i o kontroverzích kolem ní - jsme podrobněji psali zde, pozn. red.) Ale někdy by jen stačilo upravit, aktivovat či utlumit některé vlastní geny. Tou druhou metodou je klasické křížení, ale podpořené metodami molekulární biologie a genomiky, které umožní přesněji a rychleji vybrat vhodné rodiče a pak i jejich potomky s požadovanými vlastnostmi.
