Vědec z Olomouce pomáhá nasytit lidstvo. Biopalivo je zločin, říká Olomouckému deníku prof. Doležel

Když se řekne pšenice, někdo si představí chléb, jiný zase pivo a další člověk třeba kombajn.

Profesor Jaroslav Doležel má před očima chromozomy – mikroskopické struktury nesoucí dědičnou informaci.

„Dokonce vidím výsledky měření na průtokovém cytometru," usmál se vědecký ředitel Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a vedoucí olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.

Jeho tým se zásadním způsobem podílel na luštění dědičné informace pšenice seté a přispěl k porozumění evoluci obiloviny, která hraje klíčovou roli ve výživě lidstva.

Tyto poznatky umožní šlechtitelům získat odolnější rostlinu, která bude lépe čelit klimatickým změnám a tlaku škůdců.

Dávno předtím ovšem s kolegy jako první na světě určili, jak velká je dědičná informace banánovníku, jehož hlavní exportní odrůda je v současnosti ve velkém ohrožení.

Pane profesore, můžete vysvětlit, odkud vlastně pochází pšenice setá? Kam sahá její rodokmen?

Rodokmen pšenice je nesmírně zajímavý. Postupně se totiž zkřížily tři druhy planých trav, o kterých bychom určitě neuvažovali, že někdy budou živit lidstvo. Začalo to někdy před půl milionem roků, v oblasti úrodného půlměsíce (pozn. red. dnešní Turecko, Egypt, Sýrie Irák, Írán a Izrael), kde se zkřížily dva druhy, čímž se příroda postarala o vznik hybridu. Ten si ponechal celou dědičnou informaci jedné trávy a celou dědičnou informaci druhé trávy, tedy genetickou informaci obou rodičů.

Zatímco lidské mimino dostane polovinu genetické výbavy od matky a druhou půlku od otce, tato pšenice převzala komplet celou?

Ano, tento hybrid měl dvakrát větší genetickou informaci než každý z jeho rodičů. Tak vznikl předek pšenice tvrdé. S tímto ještě neměli lidé nic společného. Tehdy tady ani nebyli. Až později si tohoto druhu všiml člověk, který byl z určitých důvodů donucen změnit styl života.

Pšenice u kolébky moderní civilizace

V době, kdy začalo vznikat zemědělství?

Bavíme se o období neolitické revoluce. Lidé přecházeli od sběračství a lovu k usedlejšímu způsobu života. Když posbírali zrníčka, poznali, že se jimi dá celkem dobře živit. Na louce si pak vybíral větší klasy a větší zrníčka, která se vysypala někde u jejich obydlí, kde toto primitivní obilí začalo růst. V té době, hovoříme o době před 10 tisíci lety, došlo k dalšímu křížení. Tato planá pšenice – dnes víme, že šlo o předka pšenice tvrdé – se zkřížila s další planou trávou a vznikl potomek, který si opět nechal veškerou dědičnou informaci, takže měl třikrát větší dědičnou informaci, než kterýkoliv z jeho rodičů. A ten potomek byl předchůdcem naší pšenice seté.

Odtud označení tráva s trojím věnem?

Ano, tak se tomu říká. Člověk neudělal nic jiného, než že si všiml, že tato „tráva" má větší zrníčka a začali ji sklízet. V době vzniku primitivního zemědělství zkrátka člověk využíval lepší trávu s větším zrnem.

Nemohlo se to stát náhodou? Co svědčí pro roli člověka při vzniku této klíčové plodiny?

Primitivní předchůdce dnešní pšenice seté nebyl nikde jinde nalezen, rostla pouze tam, kde ji člověk pěstoval. Můžeme říct, že pšenice stála u kolébky moderní civilizace a pšenice by zase nebyla bez naší civilizace.

Bavíme se o době před 10 tisíci lety. Pšenice setá je tedy evolučně poměrně mladý druh. Je to pro genetiky výhoda?

Ano, deset tisíc let není v evoluci nic. To je také důvod, proč všechny kopie dědičné informace jejich rodičů vidíme odděleně. Přesně víme, které části dědičné informace pochází z kterého druhu plané trávy. Mnoho jiných druhů rostlin je evolučně starých a za tu dobu u nich došlo k velkým přestavbám dědičné informace.

Archeologie v dědičné informaci

Díváte se do minulosti pšenice, abyste mohli ovlivnit budoucnost?

V případě analýzy dědičné informace jdou dopady oběma směry. Zpět i do budoucna. Čtením dědičné informace můžeme odhalit změny, ke kterým v průběhu evoluce došlo. Můžeme si dokonce spočítat, kdy asi došlo k oddělení od společného předka, nakreslit si rodokmen druhů.

Archeologie v genetice rostlin?

Můžeme mluvit o jakési archeologii v dědičné informaci. Zároveň ale můžeme reagovat na potřeby současnosti. Tím, že čteme dědičnou informaci, můžeme poskytovat důležité informace pro šlechtitele. Můžeme jim říct: v této linii a v této odrůdě jsou určité znaky pro určité vlastnosti. Pohled je tedy dozadu i dopředu.

Využívané postupy se liší od metod používaných v genetice člověka?

V principu jsou z 99,9 procenta stejné.

Genom pšenice je šestkrát větší než lidský

Genom člověka je ovšem v porovnání s pšeničným podstatně jednodušší. Nejen počtem chromozomů?

Velký problém je, že v genomu pšenice je všechno třikrát. Kdyby se dědičné informace rodičů pšenice lišily, bylo by to fajn, ale ony jsou si podobné. Představme si: zhasnu v místnosti a nevíte, jestli jste vzala tuto knihu, tuto knihu nebo tuto knihu. Další problém je velikost. Při křížení se předávaly kompletní dědičné informace rodičů a genom pšenice se zvětšoval a je obrovský.

V porovnání s lidským?

Zhruba šestkrát větší. Člověk má asi tři miliardy písmen dědičného kódu a pšenice 17 miliard písmen dědičného kódu. To je značný rozdíl.

Písmena? Hovoříte o čtyřech bázích nositelky dědičné informace, molekuly DNA (Tymin, Cytozin, Adenin a Guanin) v různých kombinacích? To čtenář tak obsáhlého genomu může lehce zabloudit, nebo ne?

Samozřejmě. Proto je dobré každé zjednodušení a to je náš hlavní příspěvek celosvětovému úsilí ve čtení dědičné informace pšenice. Spočívá v tom, že jsme vypracovali metodu, pomocí které jsme schopni dědičnou informaci rozdělit na malé části – chromozomy. Pšenice jich má 21 a když vyizoluji jeden chromozóm, budu mít méně než dvacetinu celé dědičné informace a všechno 20krát zjednoduším. Takže ano, můžeme zabloudit, ale dělá se všechno pro to, aby se to nestalo.

Čtení genomu pšenice je ukončeno

Samotné čtení genomu pšenice bylo také na vás nebo jste se o to v rámci světového konsorcia podělili?

My jsme rozdělili dědičnou informaci na 21 částí. Čtení se ale nedělalo jen u nás, podíleli jsme se na malé části. Jde o obrovský projekt a po dohodě s kolegy byly jednotlivé chromozomy „přiděleny" jednotlivým státům: USA, Německo, Francie, Anglie, Japonsko, Čína, Itálie a další. Zapojeno bylo zhruba 20 laboratoří po celém světě.

Tak složitě vznikal materiál pro šlechtitele týkající se jediné rostlinky? Co jim vlastně dáváte do rukou a čeho mohou díky vašemu výzkumu docílit?

Někteří šlechtitelé to neradi slyší, ale jejich metody začínají narážet na limity. Chceme stále větší výnosy a potřebujeme rychleji reagovat na změny klimatu, což znamená urychlit šlechtění. Víme, že to jde využitím molekulárních technik umožňujících nahlédnout do dědičné informace jednotlivých rostlin a zjednodušeně říct, že tato rostlinka bude odolná proti suchu a tato proti nějaké chorobě. Šlechtitel tak díky těmto moderním metodám může zahodit tisíce rostlinek, protože ví, že to nejsou ty, které potřebuje, a vezme si těch pár, s nimiž bude dál pracovat. Aniž by musel čekat na sklizeň, bude vědět, že rostlina vypěstovaná z tohoto semínka bude mít tyto vlastnosti. V principu je to podobné jako u člověka: když si nechám udělat analýzu DNA, mohu zjistit, jestli mám vlohy pro nějakou chorobu. I když tak jednoduché to samozřejmě není.

Na čem nyní pracujete? Myslím u pšenice seté.

Studujeme dědičné informace planých příbuzných druhů. Čtení genomu pšenice je v podstatě ukončeno, je otázkou roku či dvou, kdy se to všechno dá dohromady a publikuje.

Proč plané druhy?

Jsou v nich ukryté poklady. Tam budeme chodit pro geny, které už pšenice nemá. Když bude potřeba šlechtit pšenici na sucho, výnos, tak pokud už šlechtěná pšenice nemá tyto geny, nic s tím neuděláme, musí přijít zásah zvenčí. Nabízí se plané druhy, křížení s planými druhy či GMO. My se zabýváme planými druhy. Spolupracujeme například s kolegy z Číny, kteří mají spoustu linií, do nichž přenesli část dědičné informace z planých druhů trav. My jim pomáháme s čtením dědičné informace planých druhů.

Škodlivost GMO? Podvody a falzifikáty

V laboratoři se GMO tolik nevěnujete, nicméně v České republice panuje nedůvěra ke geneticky modifikovaným organizmům a zemědělci mají k jejich pěstování velmi složitou cestu. Jaký je váš pohled na izolování genu zodpovědného za nějakou vlastnost rostliny a jeho přenesení do jiného rostlinného druhu?

Do rostlin se nic nevkládá uměle, ale pouze za asistence člověka. Metodu vkládání dědičné informace totiž nevytvořil člověk, ale příroda sama. Člověk jen využívá bakterii, která umí vnést část své dědičné informace do rostliny. Jediné, co člověk udělal je, že si bakterii ochočil a trošičku upravil a pomocí ní vloží do rostliny informaci, kterou chce.

Nic marťanského, ale jakési urychlení evoluce, aby pokračoval organizmus s nejvýhodnějšími vlastnostmi?

Děje se to, co příroda běžně dělá, takzvaný horizontální přenos dědičné informace je v evoluci úplně běžný. Když vnášíme nějaký gen, naprosto přesně víme, jaký je to gen, a ve kterém místě dědičné informace je. Můžeme naprosto exaktně testovat jeho efekt. Všechny práce, které takzvaně ukázaly škodlivost GMO, byly podvody a falzifikáty. Vědci je smetli. Neexistuje jediná věrohodná vědecká práce, která by dokazovala, že GMO je škodlivé a stejně tak není jediný případ, kdy by někdo onemocněl po konzumaci potraviny vyrobené z GMO plodiny.

Máte za sebou náročnou práci na čtení genetické informace pšenice pro to, aby plodina mohla vyživovat lidstvo na Zemi i za třicet let kdy nás bude přes devět miliard. Přitom na nejúrodnější půdě v Česku se pěstuje kukuřice do bioplynek a řepka do bionafty. Nemrzí vás takový přístup?

Je to důkazem toho, jak škodlivé jsou dotace. Všichni dobře víme, že biopaliva jsou nesmysl, akorát ničíme krajinu a zneužíváme půdu, která je nesmírně vzácná. My na ní pěstujeme něco, abychom to spálili? Jaká je vůbec výhodnost? Jaký je čistý energetický přínos? Z mého pohledu je to zločin!

Olomoucký tým profesora Doležela se zásadním způsobem podílel na luštění dědičné informace pšenice seté a přispěl k porozumění evoluci obiloviny, která hraje klíčovou roli ve výživě lidstva. Foto: DENÍK/Jiří Kopáč

Banán - zásadní plodina pro výživu

Pane profesore, zajímalo by mě, jestli máte raději pšenici nebo banány? Nezůstává váš úspěch s banánovníkem, u něhož jste jako první určili, jak velká je jeho dědičná informace, zcela ve stínu pšenice?

Na čtení dědičné informace banánovníku jsme se také podíleli. Genom banánovníku byl ale přečten o něco dříve. Banánovník je sice větší rostlina než pšenice, ale jeho dědičná informace je asi 30krát menší. Je představována asi polovinou jednoho chromozomu pšenice.

Takže se s banánovníkem pracovalo lépe?

Ani náhodou! Z hlediska našeho výzkumu se na něm dělá všechno hůře. Čistou dědičnou informaci banánovníku je velmi těžké vyizolovat. Problém je pěstování, křížení, šlechtění. Ale to mě na banánovníku baví. Musím se přiznat, že banánovníku jsem propadl.

Je to nádherná rostlina..

Když k tomu přidáme význam plodiny v oblastech, kde slouží jako základní potravina… To, co se pěstuje na export, je totiž jen asi deset procent světové produkce. Většina toho, se vypěstuje, se sní v místě produkce. Například v Ugandě je spotřeba banánů na hlavu větší, než spotřeba brambor na hlavu v České republice. Jde o zásadní plodinu pro výživu tamních obyvatel.

Proč jste se na Hané začal věnovat banánovníkům? Jste špičkový vědec známý po celém světě, ale banány jsou přece jen Česku trochu vzdálenější. Myslím, přirozená stanoviště rostlin.

K banánovníkům jsem se dostal už za minulého režimu.

V době, kdy se v Československu stály fronty na banány?

V 80. letech. Do Olomouce za mnou přijel kolega, který pracoval v laboratoři FAO, a prohlásil, že banánovník snad ani nemá dědičnou informaci. Nedařila se jim totiž její izolace. Usmál jsem se, že jistě tam nějaká bude.. Slíbil jsem, že když mi doveze kousek listu, zjistím mu ji. Další týden přijel i s listem. Zavřel jsem se do laboratoře a za půl hodiny jsem mu oznámil, že banánovník má asi 1,2 pikogramů DNA v každém buněčném jádře. Byli jsme v Olomouci první, kteří určili velikost dědičné informace banánovníku. Stali jsme se známými, dostal jsem se na dva měsíce do Ghany. V té době to byl sen. No a když jsem na místě viděl, jaký má banánovník význam pro obživu místních obyvatel a jaké jsou potíže s jeho šlechtěním, jak trpí chorobami, uneslo mě to. S kolegy z mnoha afrických zemí jsme v kontaktu dodnes.

Hrozí konec banánů v obchodech? 

V čem přesně je problém banánovníku?

Potíž je v tom, že všechny pěstované odrůdy jsou klony. Všechny rostliny na plantáži jsou geneticky stejné. Pokud se k nim dostane choroba, velmi rychle se rozšíří.

Když jím banán, vidím jen stopy po semenech…

To je ono. Pěstované odrůdy semena netvoří a množí se jen klonováním, jinak banánovník množit nejde.

Zmínil jste exportní odrůdu Cavendish, na které si pochutnáváme. Sice dělá menšinu světové produkce, ale je to hlavní vývozní odrůda. Co se s rostlinou děje a co je tzv. panamská choroba? Je banánovník před vymřením?

Tuto odrůdu ničí houba Fusarium. Když napadne plantáž, rostliny uschnou a houba zůstává v půdě desítky let. Šíří se v Asii, odkud se již dostala do Afriky. Katastrofický scénář je takový, že se houba dostane i do Jižní Ameriky. To bude konec. Ne konec banánů, ale konec toho, co kupujeme v obchodech. Tady se opět ukazuje, jak je důležité studium dědičné informace a následné šlechtění na rezistenci. A na tom se samozřejmě pracuje.

1500 druhů banánovníků

Banánovníky pěstujete ve skleníku v Olomouci? Kolik jich ročně sklidíte?

Rostliny spíš trápíme, protože nemáme dost velký skleník. Nechceme, aby vyrostly velké rostliny, nepotřebujeme ani žádné plody a květy. Jen je udržujeme při životě. Pro naše analýzy jsou třeba kořínky nebo listy. Máme jeden banánovníček, který občas zaplodí, je spíše na ozdobu. Většinu materiálů však dostáváme ze světové genové banky banánovníku z Belgie.

Genová banka banánovníku je v Belgii?

Ano, v „typické" tropické zemi… Ale to je na dlouhé vyprávění. V genové bance samozřejmě nejsou semena, protože je rostliny netvoří. Uchovávají se jako malé rostlinky ve zkumavkách.

Na čem u této rostliny nyní pracujete?

Na charakterizaci genetické diverzity banánovníku. Porovnáváme, jak moc se podobá dědičná informace banánovníků z celého světa.

Kolik druhů banánovníků roste na Zemi?

V genové bance jich je 1500. Naše práce je důležitá i proto, že určujeme špatně identifikované položky. Co mě ale baví nejvíce, je objevování nových druhů banánovníků, které dosud v genové bance nejsou. Stále jsou oblasti, například v Indonésii, kde se nacházejí. Jsem moc rád, že se na tom mohu podílet a že než se expedice z Indonésie vrátila, my jsme z listů poslaných kurýrem z nejbližšího města, jim už posílali výsledky. Tyto objevy jsou velmi důležité. Jednak pro objasnění vzniku v současnosti pěstovaných odrůd, ale také pomohou při šlechtění banánovníku.

Text: Daniela Tauberová, Foto: Jiří Kopáč, Olomoucký deník