Informace organizace BIOTRIN

Padlí travní (Blumeria/Erysiphe graminis) je jedním z nejzávažnějších houbových parazitů nejen různých druhů trav, ale také obilovin. V důsledku dlouhé společné koevoluce je na ně i velmi úzce specializováno. Jedny subspecies patogena tak sídlí na pšenici, jiné na žitu, další na ječmeni a opět jiné na ovsu. Různé patotypy mohou tedy hostovat na různých odrůdách. Klasická agrochemie proti nim používá arsenál různých fungicidů. Patogen si ovšem v odpovědi na jejich aplikaci vytváří další a další rezistentní varianty.

Ochranný rezistenční aparát si samozřejmě, byť nesrovnatelně pomaleji, vyvíjí i rostlina. Právě různé dominantní R-geny dlouhodobě využívá klasické šlechtění. Ty jsou ovšem poddruhově specifické a patogen jejich účinek poměrně snadno překonává mutacemi svých různých efektorových genů. Jako účinná šlechtitelská alternativa se však ukázala být manipulace s recesivními geny sensitivity, zvláště těmi ze skupiny zvané MLO (Mildew resistence locus O). Důsledkem jejich změny či vyřazení totiž může být velice podstatně zvýšená a rasově nespecifická odolnost.

Tento nadějný postup však zároveň skrývá dost zásadní kámen úrazu. Jak se ukázalo, mají mlo geny značně pleiotropní funkci a jejich mutace vedou téměř zákonitě k významným poruchám ve vývoji, růstu a produktivitě (kupř. snížením počtu zrn na klas) dané plodiny. Např. u ječmene nebo huseníčku byla pozorována značná depozice kalosy, zvýšený výskyt buněčné smrti a nadto rychlá senescence (buněčné stárnutí) organismu.

Z mnoha světových vědeckých týmů, vylepšujících tuto strategii, dosáhla zajímavých výsledků výzkumná skupina z pekingského Institutu genetiky a vývojové biologie vedená Caixiou Gaou. Již před sedmi lety se jim zdařilo získat genovou editací mlo mutanta „knokautovaného“ simultánně ve všech třech homologech TaMLO1 pšenice Kenong 199.  Materiál byl k padlí skvěle odolný – ale také předčasně stárnoucí. Výzkum nicméně pokračoval a jejich čerstvá publikace v časopise Nature  z letošního února informuje o získání geneticky editovaného (GE) mutanta s názvem Tamlo-R32 vykazujícího opět „robustní“ rezistenci, ale tentokrát bez nežádoucích pleitropních důsledků. Stabilita vlastností byla již ověřena několikaletými skleníkovými, i polními pokusy. Skvělá zpráva pro praxi a zároveň úkol zjistit, co je toho příčinou. 

Autoři dospěli k závěru, že „na vině“ je rozsáhlá delece (cca 340 párů bazí) jak uvnitř, tak v sousedství zmíněného MLO lokusu v B chromozomu této hexaploidní odrůdy. Tim se změnilo místní chromatinové uspořádání a následně došlo k ektopické aktivaci sousedícího genu pro transportní protein „Tonoplast monosaccharide transporter 3“ (TaTMT3B). Jak přesně tato změna „vybalancovává“ pleiotropní důsledky zásahu do samotné MLO oblasti zatím zůstává záhadou.

V každém případě ale lze tento soubor výsledků považovat za mimořádný vědecký úspěch s možná zásadními praktickými důsledky ve šlechtění různých plodin na rezistenci vůči padlí – a to nejen travnímu. Již teď má práce rychlý mediální ohlas, a to i v další publikační vlajkové lodi přírodních věd. Rozsáhlý komentář s titulkem „Genově editovaná pšenice odolává obávané houbě bez pesticidů“ totiž zveřejnil týden nato časopis Science. Jeho hlavní autor, E. Stockstad, v něm krom jiného konstatuje, že v Číně v současné době padlí porůznu decimuje až 40 % polí. Zmíněný tmt3 gen byl již zjištěn u řady dalších rostlin – a tak se tým Gao Caixia hodlá zaměřit i na získání relevantních mutantů u jahodníku, papriky a okurek.

Tohle vědecké úsilí ovšem dosud i v Číně naráží na legislativní omezení návazné komerce. Naštěstí čínská vláda si také čte Nature, dokonce s předstihem – a tak se v něm vzápětí objevil rozsáhlý komentář s titulkem „China´ approval of gene-edited crops energizes researchers“. A jeho první věta konstatuje, že čínští vědci jsou „…. vzrušeni rozhodnutím své vlády uvolnit pro praxi GE plodiny chutnější, odolné proti patogenům a lépe adaptované k oteplujícímu se světu…“  Předběžná pravidla pro toto rozvolnění prý čínské ministerstvo zahraničí zveřejnilo dva týdny předtím. 

Otázkou ovšem nadále zůstává, nakolik bude tato legislativa aplikovatelná i pro takové GE techniky, v nichž se uplatňují i „cizorodé“ DNA sekvence – byť jen z jiných variet téhož druhu. Rigidní světová legislativa, stvořená před více jak dvaceti lety pro zacházení s materiály geneticky modifikovanými (GM) nadále brzdí komercionalizaci i v této zásadní oblasti agrobiologie. A současná strategie mediálního separování „průchodnějších GE/NBT“ technik od těch tradičních GM se v praxi jeví jako krátkozraká až zcestná. 

Závěrem – kapka dehtu do bečky medu našich vlastních odborných pravd. Jak platná je naše představa o „spolehlivé preciznosti“ moderních editačních technik? Kdo z čínského týmu snad předem předpokládal, že k rozetnutí onoho gordického uzlu pleiotropie mlo lokusu povede až výrazná chromatinová přestavba sousední části B chromozomu? 

Autorský komentář prof. RNDr. Zdeňka Opatrného, CSc., emeritního profesora PřF UK v Praze

Zdroje:

• https://www.nature.com/articles/s41586-022-04395-9
• https://www.nature.com/articles/d41586-022-00395-x
• https://www.science.org/content/article/gene-edited-wheat-resists-dreaded-fungus-without-pesticides#.YgVLYzQYO7t.twitter

Zdroj článku: BIOTRIN

Foto: Shutterstock