Informace organizace BIOTRIN

Genetické úpravy zaměřené na braničnatku a rzivost stébel

Odolnost, hlavně proti houbovým chorobám, je při velkoplošné produkci plodin podmínkou pro ekonomiku i „ekologizaci“ pěstování. Ke šlechtění odolných odrůd rostlin se přistupuje různými způsoby. Ale základním předpokladem je kvalitní zdroj genů odolnosti.

V níže uvedených případech se dvě skupiny vědců soustředily na septoriózy (braničnatky) a rzivosti stébel a listů u pšenice.

Jejich důležitost se mění vlivem lokality, ročníku, způsobu pěstování a odrůdy. Ale platí, že obě skupiny chorob působí spolu s fuzariózami každoročně obrovské ztráty na výnosu i jeho kvalitě.

Je nutné si uvědomit, že jinými houbovými chorobami je napadána celá rostlina – tedy kořeny, kořenové krčky a odnožovací uzly, stébla, listy i klasy.

Tlak plísní na pěstované plodiny se zvyšuje i v důsledku změny klimatu. Plísňovým chorobám v pšenici se daří za vlhkého počasí a změna klimatu zvýšila tlak chorob v některých oblastech světa. Ale platí také to, že suchem a vysokými teplotami stresované rostliny jsou k chorobám vnímavější.

Šlechtění se stává stále důležitějším nástrojem v boji proti škůdcům a chorobám také proto, že pesticidy na ochranu rostlin jsou pod tlakem hodnocení jejich vlivu na člověka i životní prostředí.

Gen rezistence Stb16q proti braničnatce pšeničné

Septoriová skvrnitost listů zkráceně septorióza neboli braničnatka je jednou z hlavních listových chorob pšenice. Je způsobována skupinou patogenů, kteří se projevují každoročně. Holandský Výzkumný ústav ve Wageningenu odhaduje, že ztráty v Evropě dosahují 5 % až 10 % sklizně pšenice. Ve světě se ročně vynaloží na fungicidy proti septorióze téměř 1 miliarda EUR; jen ve Francii stojí houbová choroba odvětví pšenice 350 až 700 milionů EUR ročně.

Mezinárodní skupina výzkumných pracovníků provedla v tomto ohledu zásadní krok vpřed tím, že našla a popsala gen rezistence označovaný Stb16q a začlenila jej pomocí genetických úprav do genomu pšenice. Tím umožnili jeho používání i pro další šlechtění odolnějších odrůd a hybridů pšenice.

Gen rezistence proti septoriové skvrnitosti listů byl identifikován již v roce 2011. Zatím se v mnoha odrůdách pšenice používá gen rezistence označovaný Stb6, který ale poskytuje ochranu pouze proti omezenému počtu izolátů braničnatky pšeničné Zymoseptoria tritici (synonymum Mycosphaerella graminicola), houby, která způsobuje výrazné onemocnění listů.

Nový gen rezistence Stb16q nabízí rostlině pšenice mnohem širší odolnost vůči tomuto patogenu. Navíc lze gen docela snadno začlenit do komerčních odrůd pšenice šlechtěním. V budoucnu tak pěstitelé utrpí menší ztráty plodin a budou potřebovat méně přípravků na jejich ochranu. Otázkou jen zůstává, jak těžké bude pro houbového patogena prorazit rezistenci získanou díky novému genu. Výzkumnou skupinu tvořily výzkumné ústavy INRA (Institut national de la recherche agronomique); Wageningen UR; americké ministerstvo zemědělství (USDA); ETH-Zurich University of Applied Sciences a šlechtitelská společnost Florimond Desprez. Jejich výsledky byly zveřejněny v lednu 2021 v Nature Communications.

Vylepšená odolnost pšenice ke rzivosti stébel (rez travní)

Vědci z CSIRO, australské národní vědecké agentury, vedli mezinárodní výzkumný projekt na vývoj pšenice, která bude silnější a mít trvalejší odolnost proti rzivosti stébel (a v důsledku také listů i klasů). Postupovali tak, že „naskládali“ pět genů rezistence do jednoho organizmu, rostliny pšenice.

To představuje významný pokrok oproti konvenčním šlechtitelským postupům, kde jsou konkrétní geny rezistence přidávány jednotlivě. Vědci z CSIRO vyvinuli nové genetické technologie, které kombinují a vkládají dohromady pět různých genů odolnosti vůči pšenici. Podle výsledků publikovaných v Nature Biotechnology „stohování/vrstvení“ genů zabraňuje separaci v následujících šlechtitelských generacích rostliny.

V Austrálii se pěstuje pšenice za 6 miliard dolarů ročně a australský zpracovatelský průmysl zahrnuje více než 170 000 pracovních míst. Odhaduje se, že díky propuknutí choroby jednoho z nejvirulentnějších kmenů rzi travní na světě (Puccinia graminis f. sp. Tritici – Ug99) by mohlo toto odvětví přijít ročně až o 140 milionů dolarů. Pšenice poskytuje přibližně 20 % světového příjmu kalorií, takže její ochrana je životně důležitá i pro světovou potravinovou bezpečnost.  

Problematika patogenu Ug99 byla mj. popsána již dříve v BIOTRINovém článku – viz Vědci odhalili tajemství vzniku „zabijáka“ pšenice Ug99 (ze dne 9. 12. 2019).  

Tato rzivost napadá také ječmen, oves, žito i tritikale. Protože rzivost listů je globálním problémem, mezinárodní spolupráci zajišťuje tým složený z výzkumníků z CSIRO, University of Minnesota, Aarhus University, The John Innes Center, USDA a Xinjiang University. Strategické financování poskytuje 2Blades Foundation.

Vedoucí vědecký pracovník CSIRO Dr. Mick Ayliffe uvedl, že tento nový přístup budování více vrstev ochrany znesnadní úspěšné napadení pšenice patogenům rzi. „Náš přístup je jako dát pět zámků na dveře, to velmi ztěžujete vstup,“ řekl doktor Ayliffe. „Důkladné testování v terénu ukázalo, že náš genový přístup poskytl úplnou ochranu proti původcům rzi, na které jsme cílili.“

Doktor Ayliffe dále uvedl, že stejnou technologii lze použít i pro šlechtění proti pruhovité rzivosti listů (rez plevová) a hnědé rzivosti listů (rez pšeničná) i zvýšení odolnosti u různých existujících odrůd pšenice. „Jeden z genů, které jsme vybrali, skutečně chrání před rzí plevovou, takže je možné do pozměněného souboru zahrnout geny, které působí také proti jiným druhům rzi.“

Přijetí této nové technologie stohování/vrstvení genů rezistence by bylo rovněž cenným nástrojem pro integrovanou ochranu rostlin před chorobami, protože by snížilo potřebu fungicidů a zvýšilo trvanlivost nástrojů řešení ochrany pro zemědělce.

Další pokroky v této technologii umožňují vědcům již nyní zkoumat vytváření nových genových „balíčků“, které by nebyly považovány za geneticky modifikované, a usnadnily by jejich široké použití zemědělci.

Spóry rzi jsou transportovány větrem, takže mezinárodní přijetí této metody by pomohlo snížit riziko (nejen) australských obilnin z pohledu exotických invazí ze zámoří. „Tato slibná technologie vrstvení/stohování genů je způsob, jak bychom mohli být odolní vůči rzi nejen v Austrálii, ale také mezinárodně,“ řekl Dr. Ayliffe. „Je to cenná pojistka pro případ, že budeme muset čelit mutacím pšeničné rzi s katastrofickou virulencí, se schopností zajistit dlouhodobá řešení pro zemědělce mnohem dříve, než bychom měli v minulosti.“

Zdroje:
Resistance gene makes wheat more resistant to Septoria – FutureFarming,
https://www.csiro.au/en/News/News-releases/2019/Cereal-killers-deadly-touch-could-lead-to-new-wheat-threat 

Další články k rezistenci pšenice proti chorobám:

• 10 New Genes Identified for Resistance to Stripe Rust Disease
• Wheat Gene Confers Stem Rust Resistance to Barley
• Gene for Stem Rust Resistance in Wheat Solves Decades-Old Genomic Mystery

Zdroj článku: BIOTRIN