Vydáno: 1. 3. 2010

Autor:

     Výzkumníci z university v Guelphu vyvíjejí novou techniku vytváření rostlin kukuřice se specifickými charakteristikami z jednotlivých pylových zrn. Tato technika zvaná mikrosporová kultura zahrnuje postup, jak indukovat malé genetické mutace, následovaný selekcí jedinců, kteří pravděpodobně vykazují žádoucí novou charakteristiku. Konečným produktem jsou inbrední rostliny, které mohou být používány ve šlechtitelských programech pro kukuřici. První sledovaná charakteristika je tolerance k Fusariu.

     Mikrosporová kultura není zcela novým konceptem. Byla původně vyvinuta pro kanolu v polovině 80tých let výzkumníkem Dr. Laimou Kottem z pracoviště Department of Plant Agriculture na universitě v Guelphu v Kanadě. Ačkoliv podobné systémy kultur jsou již zavedeny pro ječmen a rýži, s kukuřici je notoricky obtížné v takových systémech manipulovat. Ale Kott a jeho spolupracovníci mají kombinovaný souhrn cca 50letých zkušeností s mikrosporovými kulturami a přibližují se dokončení funkčního systému mikrosporové kultury pro kukuřici po téměř třech letech práce. Společnost Hyland Seeds and Thompsons Ltd., spolupracovník na projektu, poskytla hybridní linie kukuřice a některá zjištění; společnosti a organizace Ontario Pork, Ontario Corn Producers Association a ministerstvo zemědělství Ontario Ministry of Agriculture, Food a Rural Affairs poskytly další zjištění pro tento výzkum.

 

     Ve vytváření rostliny z pylového zrna je zahrnuto množství postupů. Především – mikrospory (pylová zrna) jsou získávána z dospělé rostliny. Výzkumníci vyjímají pylová zrna z prašníků, když se uvolňují a pak je zbaví poškozených tkání a vloží tato pylová zrna do tekutého média v Petriho misce, kde mohou začít růst. To může poskytnout stovky až miliony drobných pylových trnek na misku.

    Předtím, než pylová zrna začnou růst, jsou vystavena ultrafialovému záření po specifickou dobu. Toto vytváří malé mutace, zvané bodové mutace (point mutations), ve kterých je pozměněn jen malý počet stavebních bloků DNA. Mnohé z těchto mutací budou letální, ale některé nikoli. Protože výzkumníci mají k dispozici cca milion pylových zrn na misku, nemají  problém, jak s tak velkým množstvím tkáně musí pracovat; je jí nadbytek. Proto, jestliže zlikvidují polovinu z nich ultrafialovým zářením, je to v pořádku. Když  zlikvidují polovinu z nich, vědí, že zbývající žijící byla pravděpodobně pozměněna.

     Dalším krokem je odebrání přežívajících pozměněných pylových zrn, která začínají vyrůstat v embryo a výběr těch, která mají požadovanou charakteristiku. Za tím účelem výzkumníci používají chemické selekční agens, které je specifické pro hledanou charakteristiku. Tato chemikálie likviduje většinu embryí a ponechává živá embrya, která jsou schopna přežít v této chemikálii. Pro toleranci vůči Fusariu výzkumníci používají tři selekční agens, u kterých doufají, že zlikvidují embrya vůči Fusariu intolerantní a ponechají ta, která toleranci mají. Jedno je deoxynivalenol (DON), toxin produkovaný houbou, který je škodlivý pro rostlinu a pro živočichy, kteří tento toxin konzumují. Další dvě selekční agens jsou specifické kyseliny, které jsou vytvářeny touto houbou a pomáhají její invazi do rostlinné  tkáně. Jestliže embrya mohou přežít v těchto selekčních agens, mají pravděpodobně nějaký způsob jejich rozkladu nebo zbavení jejich účinnosti. Výsledné rostliny pak mohou být resistentní vůči invazi houby.

     Každé selekční agens samotné likviduje 99 nebo více procent embryí, proto nejsou kombinována ve screeningových testech. Výzkumníci nevědí, které z nich bude nejlépe fungovat. Jestliže získají tři nebo čtyři druhy mutací, je pro šlechtitele snadné je křížit a akumulovat je.

     Přežívající embrya jsou přemístěna a pěstována do dospělosti v laboratoři. U kanoly musí být embrya, která mají pouze jeden set chromozomů z původního pylového zrna, podrobena dalšímu ošetření, aby se zdvojnásobily chromozómy a vytvořily normální rostlinu. Ale u  většiny embryí kukuřice se jednoduchý set chromozomů z pylového zrna zdvojnásobuje spontánně, proto nejsou zapotřebí žádné další kroky. Každá nová rostlina kukuřice je pak samoopylena aby si udržela genetickou čistotu této nové charakteristiky a rozmnožila semena a vytvořila inbrední kmen.

 

     Jakmile jsou materiály zmutovány, selektovány a vypěstovány do rostlin, jsou navráceny společnosti Hyland Seeds pro další testování. To zahrnuje vystavení rostlin Fusariu a hodnocení jejich tolerance vůči této chorobě. V tomto stadiu (červenec 2009) měli výzkumníci první rostliny kukuřice, které prošly celým procesem. Právě dokončovaly kvetení blizen v růstové komoře společnosti Hyland Seeds v Blenheim ve státě Ontario. Když získali  více těchto rostlin, prověřovali je rovněž skutečnou chorobou ve skleníku tuto zimu nebo je budou zkoumat na poli v roce 2010, v závislosti na počtu rostlin, které získali.

     Inbrední rostliny identifikované prostřednictvím screeningového procesu jako tolerantní vůči Fusariu mohou pak být začleněny do rodičovské sestavy, aby se začalo s křížením a testováním výnosů. Jestliže bude projekt úspěšný, mohly by být vytvořeny nové odrůdy.

     Zavedení mikrosporové techniky pro kukuřici poskytuje několik výhod. Za prvé – může být zmanipulován nesmírně velký počet pylových zrn a zvýšena šance vytváření a nalezení úspěšné mutace. Za druhé – finální rostlina není považována za transgenní, protože nejsou vkládány žádné nové geny. Tímto se výzkumníkům umožňuje vyhnout se některým regulačním analýzám požadovaným pro transgenní plodiny při registraci odrůd. A nakonec -tato technika může být používána pro vyvíjení mnoha odlišných charakteristik, jednoduše měněním selekčního agens. Například charakteristiky které jsou vyvinuty nebo jsou ve vývoji u kanoly používající mikrosporovou kulturu zahrnují resistenci vůči sklerotiniové hnilobě (Sclerotinia sclerotiorum), resistenci vůči nádorovce kapustové (Plasmodiophora brassicae), zimovzdornost, nízký obsah nasyceného oleje a redukovaný obsah glukosinolátů v semeni.

     Tolerance vůči Fusariu je jen jedna charakteristika; existují další, které mohou výzkumníci zkoumat. Jakmile mají mikrosporový systém funkční, musí vyvíjet nový screeningový systém pro jakoukoli další charakteristiku. To jest odlišné selekční agens pro každou charakteristiku.

     Kdyby byl systém mikrosporové techniky úspěšný, je možné vyvíjení dalších charakteristik pro kukuřici v budoucnosti.