Dnes byly na pokusném poli v Olomouci vysety dvě linie ječmene vytvořené pomocí molekulárních nůžek CRISPR. Experiment je jedním z prvních svého druhu v českém i evropském rostlinném výzkumu.

U první linie, kterou vědci z našeho ústavu testují, ovlivňuje úprava jediného genu, kdy začne rostlina kvést a vytvářet klas. Druhá linie tvoří oddenky a díky schopnosti dlouhodobě růst si vysloužila přezdívku „nesmrtelný ječmen“.

Cílem polního pokusu je zjistit, jak se tyto genetické změny projeví v běžném prostředí mimo laboratoř. Získané výsledky pomohou při šlechtění plodin odolnějších vůči měnícímu se klimatu. Testované rostliny vycházejí z modelové odrůdy jarního ječmene Golden Promise a byly upraveny mutací jediného genu VRN1. Změna ovlivňuje reakci rostliny na chlad a načasování kvetení.

„Dosud se tyto genetické linie pěstovaly pouze v kontrolovaných podmínkách růstových komor a skleníků, proto je jejich chování na poli zásadní pro ověření efektu úprav. Polní prostředí nelze v laboratoři napodobit,“ vysvětluje Jan Šafář z Centra strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB AV ČR).

Ilustrační snímek: vyvíjející se klas ječmene setého. Zdroj Wikimedia Commons, autor Matt Lavin, úpravy Jan Kolář (ořez, jas/kontrast, vyvážení barev), licence CC BY-SA 2.0.

Zkoumání různých strategií růstu

První linie byla upravena tak, aby vědci zjistili vliv genu VRN1 na vývoj klasu. „Jakou strukturu bude mít klas je zásadní nejen pro výnos a stabilitu produkce. U jarního ječmene, jenž je významnou surovinou pro výrobu sladu a piva, hraje navíc roli i samotné vzcházení porostů, které v posledních letech stále častěji ohrožuje rychlý nástup jarního sucha,“ dodává Jan Šafář.

Druhá linie přezdívaná „nesmrtelný ječmen“ vykazuje výrazně neobvyklé chování, které vědci dosud u této plodiny nepozorovali. Rostliny nevstupují standardně do fáze kvetení a netvoří obilky. Místo toho pokračují v růstu a vytvářejí nové výhony. V laboratorních podmínkách tak dosahují výrazně delší životnosti než běžný ječmen. To podle vědců otevírá možnost budoucího šlechtění obilnin, které by nebylo nutné každoročně znovu vysévat.

Polní pokus se uskuteční na ploše nepřesahující 100 m² a může trvat až deset let. Podléhá přísným pravidlům biologické bezpečnosti včetně izolace porostu, oplocení a dlouhodobého monitoringu vlivu na okolní prostředí.

Význam pro zemědělství a šlechtění

Výzkum přichází v době, kdy se zemědělství potýká s rychlými změnami klimatu. Mírné zimy a jarní sucha narušují přirozené cykly plodin a komplikují stabilní produkci. Výsledky z tohoto polního experimentu mohou šlechtitelům i zemědělcům pomoci vyvíjet odrůdy, které se dokážou s proměnlivým klimatem lépe vyrovnat.

V levé části obrázku je běžný ječmen. Pravá část ukazuje rostlinu, u níž byl pomocí metody CRISPR/Cas mutován a vypnut gen vrn1. Po ztrátě funkce tohoto genu není ječmen schopný vykvést a mít semena. V úžlabí listů ale začíná vytvářet novou rostlinu včetně kořínků. Po vyjmutí a zasazení do půdy tyto rostliny normálně rostou. Foto: archiv ÚEB AV ČR.

Fotogalerie z výsevu: