Za posledních 50 let se lidská populace více než zdvojnásobila. Momentálně se po planetě Zemi pohybuje přes 8 miliard jedinců. Predikce nastiňují, že do roku 2050 číslo „poskočí“ k hranici 10 miliard. Tím se nabízí otázka… „Zvládneme tuto masu vůbec nakrmit?“.

Z na pohled nepříznivé situace proto vyplývá poměrně silný tlak na neustálé zlepšování vlastností kulturních plodin. Ať už jde o vyšší odolnost vůči patogenům nebo abiotickým stresovým faktorům prostředí.

Aby lidstvo došlo k požadovanému cíli, tedy zvýšení výnosu a udržitelnému zemědělství, je zapotřebí zvýšit intenzitu šlechtění a úsilí v oblasti genetického inženýrství. To vše za účelem získání nových odrůd plodin s vyšší fotosyntetickou kapacitou a lepší účinností využití dusíku (NUE).

Druhá kopie vede…

Přičemž první úspěchy se již dostavují. Výzkumníkům se totiž podařilo navýšit výnosy čínské odrůdy rýže až o 40 %, a to tak, že plodině přidali druhou kopii jednoho z jejích genů. Tato změna navíc rostlině přinesla blahodárné účinky – v oblasti absorpce většího množství hnojiv, vyššího procesu fotosyntézy a urychlení kvetení.

To, co se v minulosti zdálo sci-fi, je dnes již realitou. Navýšení výnosů je nyní možné díky jedinému genu, který nese zodpovědnost za všechna vylepšení.

Neustálé hledání

Z obecného pohledu je přitom nesmírné obtížné zvýšit potenciál jakékoliv zemědělské rostliny, jelikož konečný výsledek závisí na velikém množství genů. Ačkoli po nich biotechnologové pátrají prakticky bez ustání, u cíle nejsou ani zdaleka.

V poslední dekádě proto experti přesunuli svou pozornost ke genům, které dokáží řídit jiné – přesněji řečeno ovlivňují více aspektů růstu rostlin. Mezi nimi se nachází mimo jiné příjem živin z půdy nebo řízení zdrojů živin z listů do semen.

Dusík i fotosyntéza

O jednu ze studií se postaral odborný tým v čele s fyziologem Wenbinem Zhouem z Čínské akademie zemědělských věd, jejíž výsledky byly otištěny ve vědeckém žurnálu Science. Přišli totiž na geny, které by potenciálně mohly v obilovinách – zejména rýži a pšenici, zvýšit efektivitu procesů jako je fotosyntéza a využití dusíku, čímž by došlo k vyšším výnosům zrnin.

„Musíme nacházet nové metody koordinace dalšího zvyšování výnosnosti plodin a efektivity využití dusíku,“ prohlásil Zhou. Jeho týmu vrtala hlavou zejména skutečnost, proč má kukuřice vyšší výnosy než je tomu například u rýže a pšenice. Za důvod následně označili jiné cesty průběhu fotosyntézy.

Našel se svatý grál?

Pustili se proto do zkoumání 118 faktorů genetického přepisu spojených s fotosyntézou v kukuřici a nadále bádali, zda se takové geny s podobnými sekvencemi náhodou nevyskytnou také v rýži. Jejich usilovné snahy je nakonec dovedli ke klíčovému genu OsDREB1C, který nejenže má pod kontrolou využití světla, ale také dusíku.

Což z jejich objevu učinilo „svatý grál“ řešící oba problémy najednou. Podle expertů by se mohlo jednat o jeden z nejvýznamnějších přínosů vysoce kvalitního rozvoje zemědělství v celé naší epoše – zasadil by se totiž o zlepšení života celé lidské populace.

Volejte sláva!

Do hry posléze vstoupilo genetické inženýrství, s cílem zlepšit prosazování genu OsDREB1C u dvou nových odrůd rýže. Ty byly posléze vysazeny na mnoha pokusných polích v různých částech země s odlišným klimatem.

Konkrétně se jednalo o místa v provinciích Peking, Hangzhou a Sanya na severu, jihu a východu Číny, kde v období 2018–2022 docházelo k terénním testům. A výsledek? Výnosnost obou pokusných odrůd rýže narostla oproti „normální verzi“ o 30 %, navíc se ještě zkrátila doba zrání. A právě toto je podle odborného týmu klíčem k zajištění budoucí obživy.

Zelená revoluce

Podobný postup byl zvolen také zkoumání u pšenice. U té v případě využití genu OsDREB1C narostla výnosnost o zhruba 17 %, změna nastala rovněž u doby zrání, které se zkrátila o 3–6 dnů. Tento úspěch následně potvrdil domněnky vědců, že je tento gen schopný zvyšovat výnosy a zkracovat dobu růstu u rozmanitých plodin.

Bariéra zpomalující nárůsty produktivity u nově šlechtěných odrůd se tak zdá být konečně překonána. Akademik z Čínské akademie věd Yang Wicai neváhal prohlásit, že objev tohoto genu má bez jakékoli pochybnosti důležitou vědeckou hodnotu i dobré vyhlídky pro využitelnost.

A to především z důvodu, že poskytuje značené genetické zdroje pro šlechtění odrůd s vyššími výnosy, vyšší efektivitou využití dusíku a rovněž krátkou dobou zrání.