Čeští šlechtitelé se sjeli do Olomouce na seminář Molekulární metody ve šlechtění rostlin

Osm desítek šlechtitelů z celé republiky se zúčastnilo odborných přednášek, diskuzí i praktických ukázek v laboratoři. Cílem bylo představit nové molekulární metody, které by mohly usnadnit a zefektivnit jejich práci. Tradiční postupy ve šlechtění totiž přestávají stačit. Pomoci ale může věda, protože zavedení nejnovějších poznatků do praxe může šlechtění urychlit až o několik let. Potvrzuje to například ing. Viktor Kopačka z předsednictva ČMŠSA, podle kterého mají semenářské firmy na rozvoji šlechtění velký zájem: „Výzkum je pro šlechtění velmi důležitý a to i do budoucna. Hledáme odrůdy, které jsou výnosnější, chutnější a vhodnější pro spotřebu. Práci by nám mohly hodně usnadnit genetické markery. Jsme moc rádi, že v Olomouci vznikla Aplikační laboratoř a také já jako klasický šlechtitel se těším na spolupráci s vědci.“ Právě vzájemná spolupráce bude podle profesora Jaroslava Doležela klíčová a nové poznatky přinese i vědcům: „My vědci nejsme šlechtitelé, a tak možná některé metody a techniky, které máme k dispozici, nejsou využity jen proto, že nevíme, že by se šlechtitelům mohly hodit. Právě proto byl seminář zaměřen na konkrétní techniky, které by mohli šlechtitelé začít využívat.“

V úvodu prof. Jaroslav Doležel (ÚEB) představil olomoucké pracoviště ÚEB. Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin je světově uznávanou laboratoří, která se zabývá především výzkumem obilovin, pícnin a banánovníků.  Kromě těchto rostlin ale vědci zkoumají například i kukuřici, šafrán, cukrovou třtinu, orchideje, luštěniny a další. Přednášku najdete ZDE.

Dr. Jan Šafář (ÚEB) seznámil šlechtitele s nejnovějšími poznatky ve studiu struktury rostlinného genomu a ve čtení jednotlivých genomů. Mluvil také o struktuře genomů na primární úrovni, o obsahu repetitivních sekvencí, počtu genů a prostoru který v genomu zabírají a také o důsledcích, které má polyploidizace na velikost genomů a na jejich plasticitu. Tyto poznatky jsou klíčové pro moderní šlechtění, které využívá molekulárních markerů. Přednášku najdete ZDE.

Dr. Miroslav Valárik (ÚEB) představil základní principy odvozování perspektivních molekulárních markerů jako SSR, CAPS, DArTseq, SNP a nejvhodnější případy jejich využití. Markery můžeme aplikovat pomocí různých platforem a to individuálně nebo také ve stovkách, tisících nebo stotisících v jedné reakci (tzv. high-throughput platformy). Významné je využití těchto markerů a genotypovacích platforem pro šlechtění a určení identity odrůd. Dr. Miroslav Valárik se zmínil také o vhodnosti jednotlivých genotypovacích platforem pro různé potřeby šlechtitelů. Přednášku najdete ZDE.

Nejnovějším metodám fenotypování v automatizovaných linkách a moderním technikám pro polní pokusy, jako „RGB imaging“ nebo „LIDAR“ se ve své přednášce věnoval dr. Jan Humplík (ÚEB). Tyto techniky umožňují například sledovat vývoj jednotlivých rostlin nebo porostů od klíčení po zrání a určit efektivitu hnojení, fotosyntézy, fixace dusíku nebo vhodnost odrůdy pro dané stanoviště. Přednášku najdete ZDE. 

Účastníci semináře si také prohlédli laboratoře a měli možnost diskutovat o využití kapacit nově otevřené Aplikační laboratoře určené pro šlechtitele.

S genetickými a epigenetickými základy odpovědi rostlin na biotické a abiotické stresové faktory vystoupil dr. Roman Hobza (BFÚ). Přiblížil hlavní trendy v překonávání stresových faktorů v kontextu studia živočichů a rostlin. Z přehledu odborné literatury vyplývá, že nejstudovanějším stresovým faktorem je sucho. Kromě něj je ale nutné věnovat se i dalším abiotickým stresovým faktorům jako jsou zasolení a obsah těžkých kovů v půdě nebo vysoká a nízká teplota okolí. Nesmíme ale opomenout ani biotické faktory, tedy patogeny a herbivory. Stresové faktory je možné potlačit několika způsoby, například vhodnou selekcí rostlin, šlechtěním i technikami využívajícími genetické modifikace. Přednášku najdete ZDE.

Dr. Jan Bartoš (ÚEB) se ve svém příspěvku věnoval možnostem charakterizace hybridních trav pomocí moderních genotypovacích platforem, jako jsou průtoková cytometrie, Fluorescenční in situ hybridizace, genomová in situ hybridizace, studium rekombinací a high-throughput genotypovací platforma DArT. Ukázal také nejnovější data získaná z genotypování SNP markerů pro identifikaci hybridů trav. Přednášku najdete ZDE.

Ing. Vladimír Černoch (DLF Trifolium Hladké Životice) navázal na předchozí přednášku a věnoval se praktickému využití těchto technik pro šlechtitele. Přiblížil, jak je na jeho pracovišti využívají pro efektivnější šlechtění hybridů mezi Jílkem mnohokvětým a Kostřavou luční. Pomocí výše uvedených metod bylo možné určit nejvhodnější rodiče pro křížení a zjistit, zda je testovaný materiál hybridní a jestli je již stabilizovaný jako nová odrůda. Ing. Vladimír Černoch také vyzdvihl spolupráci s olomouckou laboratoří ÚEB na vývoji DArT genotypovacího čipu, který umí v jedné reakci mapovat několik tisíc molekulárních markerů a který využívají vědci i šlechtitelé u nás i v zahraničí. Tento čip umožnil identifikaci druhově specifických markerů a výborně se hodí k identifikaci nových stabilních odrůd. Přednášku najdete ZDE. 

V závěrečné přednášce prvního dne představil dr. Miroslav Valárik (ÚEB) historii i nejnovější metody získání markerů přímo z genů, které jsou odpovědné za důležité agronomické znaky, pomocí metody Pozičního klonování. Takovéto markery nikdy nesegregují se zkoumaným znakem a zaručují selekci potomstva nesoucího žádaný gen/geny se stoprocentní účinností (takzvaný dokonalý marker). Poziční klonování je relativně komplikovaná a zdlouhavá metoda především u plodin s velkým a komplexním genomem, jaký má například pšenice. Díky  pokroku ve čtení genomových sekvencí a sestavení referenčních celogenomových sekvencí se tato metoda stává dostupnou a proveditelnou i pro šlechtitele. Tyto dokonalé markery jsou ideálním nástrojem pro efektivní šlechtění, protože umožňují diagnostiku znaku v nejranějších fázích vývoje organizmu a tudíž velmi ranou selekci žádaných jedinců, což šlechtitelům přináší úspory peněz, času a prostoru.

V první přednášce druhého dne se dr. Vojtěch Hudzieczek (BFÚ) věnoval novinkám v modifikaci funkce vybraných genů použitím systému CRISPR/CAS9, který umožňuje přesnou a cílenou změnu žádaného genu nebo několika genů najednou. Tato metoda nezanechává žádnou cizorodou DNA v editovaném organizmu, a tudíž výsledkem nejsou tzv. GM rostliny. Dr. Vojtěch Hudzieczek vysvětlil její principy a především její praktické využití pro vypínání a modifikaci některých genů nebo pro chromozomální přestavby. Uvedl také několik příkladů úspěšného využití této metody u rostlin a živočichů a nastínil další možnosti jejího využití, například pro vylepšení pšenice nebo rýže. Přednášku najdete ZDE.

Dr. Jan Vrána (ÚEB ) hovořil v závěrečné přednášce o průtokové cytometrii a jejímu využití pro potřeby šlechtitelů. Věnoval se také dalším možnostem, které cytometrie nabízí ve zkoumání genomu rostlin. Vyzvedl hlavní principy této metody a způsob přípravy vzorků pro měření. U nich je důležité vybrat nejvhodnější metodu pro konkrétní rostlinný druh. Dalším významným faktorem je standardizace pro spolehlivou interpretaci výsledků. Hlavní aplikace průtokové cytometrie zahrnují stanovení absolutní velikosti genomu, určení ploidie, aneuploidie, mixoploidie, identifikace inter/intraspecifických hybridů, endopolyploidie a případně určování pohlaví. Nejvýznamnější využití ve šlechtění rostlin má určení ploidií šlechtitelských zdrojů a identifikace hybridů z kultivarů s odlišnou velikostí genomu. Přednášku najdete ZDE.

Seminář pokračoval praktickými ukázkami průtokové cytometrie s přípravou vhodných vzorků pro potřeby šlechtitelů. Ti si také prohlédli automatickou genotypovací linku v areálu Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a diskutovali s dr. Lukášem Spíchalem (ÚEB) o možnostech jejího využití pro své šlechtitelské programy.