Přečtení genomu pšenice přišlo za pět minut dvanáct. Přijde „druhá zelená revoluce“?

Zemědělci sledují s napětím porosty pšenice a letní oblohu. Jak dopadne letošní sklizeň? Tuhle otázku si kladou lidé rok co rok nejméně deset tisíc let. Přesto je letošní léto výjimečné. Genetici nahrubo přečetli kompletní dědičnou informaci pšenice. Pěstování této plodiny tak vstoupilo do zcela nové etapy. Velkou zásluhu na tom mají čeští vědci pod vedením profesora Jaroslava Doležela z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.

Žádná jiná zemědělská plodina se nepěstuje na tak velké ploše jako pšenice. Zemědělci ji každoročně vysejí na 215 milionech hektarů. Se sklizní 700 milionů tun stojí pšenice za kukuřicí a rýží na třetím místě. Je však oproti nim bohatší na bílkoviny, a tak obě plodiny v produkci bílkovin trumfne. Oproti mnoha dalším zemědělským plodinám má pšenice i tu výhodu, že jejích 25 tisíc odrůd dává dobrou úrodu za velmi různorodých podmínek.

Tři balíčky karet v jednom paklu

Genetici už přečetli dědičnou informaci řady zemědělských plodin i hospodářských zvířat. Pšenice setá jim však dlouho vzdorovala. Může za to její zvláštní původ. Vznikla jako hybrid tří planě rostoucích travin. Dědičná informace pšenice se proto podobá třem různým balíčkům karet smíchaných do jednoho obřího paklu. Kompletní genom pšenice tvoří sedmnáct miliard písmen genetického kódu, což je pětkrát víc, než kolik se skrývá v genomu „pána tvorstva“ člověka. Už to představuje při čtení genomu velkou komplikaci. Mnohem větší zádrhel ale tkví v její „ztrojené“ dědičné informaci – v onom „genetickém paklu“ smíchaném ze tří sice podobných, ale přece jen odlišných „balíčků“, z nichž každý obsahuje sedm „karet“.

Při čtení genomů se nejprve celá dědičná informace „trhá“ na malé kousky. Ty se jednotlivě přečtou a následně se z nich poskládá kompletní dědičná informace. V „natrhaném“ genomu pšenice se útržky jednadvaceti „karet“ ze všech tří „balíčků“ beznadějně promíchají. Vědci je jen těžko dávají dohromady. Když se jim dostane do rukou „útržek“ pocházející z genetické „červené sedmy“, je těžké rozhodnout, o kterou ze tří „červených sedmiček“ jde.

Tenhle zásadní problém vyřešili čeští genetici v čele s profesorem Jaroslavem Doleželem. Vyvinuli techniku, která dovoluje z „genetického paklu“ pšeničného genomu „vytáhnout jednotlivé karty“ – tzv. chromozomy. Světové konsorcium genetiků International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) tak „trhalo“, po kouscích četlo a opět zkompletovalo každou „kartu“ – chromozom zvlášť. Z nich pak sestavili „pakl“ pšeničného genomu.

Výsledky práce IWGSC, jehož je tým profesora Doležela klíčovým členem, přinášejí hned čtyři studie publikované prestižním vědeckým časopisem Science. Z nich například vyplývá, že pšenice vděčí za své jedinečné vlastnosti zhruba 120 tisícům genů. I v tom nás hravě předčí, protože člověku dodává jeho vlastnosti pouhých 23 tisíc genů. „Načisto“ byla zatím přečtena jen jedna „karta“ pšeničného genetického „paklu“ – chromozom 3B. Ten je bezkonkurenčně největší. Tvoří ho plná miliarda písmen genetického kódu a je víc než sedmkrát větší než genom huseníčku – první rostliny s kompletně přečtenou dědičnou informací. Do tří let bude stejně podrobně přečteno zbývajících dvacet pšeničných „karet“ – chromozomů.

Nová etapa šlechtění a pěstování

S pšeničným genomem vstupuje šlechtění a pěstování pšenice do nové etapy. Ta je svým významem srovnatelná s počinem neolitických zemědělců, kteří před mnoha tisíciletími začali kdesi na východě Turecka sít a sklízet „hříčku přírody“ v podobě hybrida tří planě rostoucích travin. Jedna ze studií publikovaných v Science popisuje aktivitu genů podílejících se na tvorbě pšeničného zrna. S těmito informacemi budou moci šlechtitelé rychleji a spolehlivěji získávat nové odrůdy s vyššími výnosy, kvalitnějším zrnem. Zefektivní se šlechtění pšenice na odolnost k nepříznivým klimatickým podmínkám (například k suchu), ale i k chorobám a škůdcům.

Pšeničný genom přichází doslova za pět minut dvanáct. Se sklizní pšenice stojí a padá obživa plné třetiny lidstva. Mezi roky 2000 a 2008 však klesla světová úroda především v důsledku nepřízně počasí o 5,5 procenta. Za poslední desetiletí se hned v pěti rocích nesklidilo ve světě tolik pšenice, kolik by jí lidstvo potřebovalo. S předpokládaným růstem světové populace na devět miliard do roku 2050 stojí před zemědělci naléhavá potřeba zvýšit do té doby sklizeň pšenice o 70 procent. Lidstvo se tak ocitá v podobně svízelné situaci, jaké čelilo v padesátých letech minulého století, kdy sklizeň obilí lidstvu rovněž nestačila. Tehdy vyřešila „pšeničnou krizi“ tzv. zelená revoluce, kterou odstartoval americký agronom Norman Borlaug. Letos, kdy by laureát Nobelovy ceny míru Borlaug oslavil sté narozeniny, se lidstvu přečtením genomu pšenice otevírá šance na „druhou zelenou revoluci“. Doufejme, že i díky českým genetikům zabrání návratu hladomorů, jaké prožíval svět po druhé světové válce.

Autor je profesorem ČZU a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi

LN, 18.7.2014