Rostlinní genetici, botanici a geoinformatici z přírodovědecké fakulty i olomouckého pracoviště Výzkumného ústavu rostlinné výroby (VÚRV) budou zkoumat dormanci semen planého hrachu a modelové tolice (Medicago truncatula) v kontextu evoluční adaptace. Jedná se o schopnost rostlin zastavit nebo omezit fyziologické procesy, aby snáze přečkaly nepříznivé období. Vědci využijí unikátní kolekci semen 150 planých druhů hrachu z různých koutů světa a 260 vojtěšek s GPS souřadnicemi původního místa sběru. Výzkum podpořila Grantová agentura ČR a potrvá tři roky.
Současné kulturní odrůdy byly při procesu šlechtění zcela zbaveny řady vlastností, například i dormance semen a pukavosti lusků bobovitých rostlin/rozpadavosti klasu u obilovin. Tyto dva znaky jsou pokládány za klíčové v procesu domestikace rostlin.
„V přírodě mají tyto vlastnosti svůj přirozený význam, ale u kulturních odrůd by nám vlastně škodily, protože by část úrody zůstávala na poli nebo by semena po zasetí ani nevyklíčila. Dormance, respektive bobtnání semen luštěnin je i praktickou věcí. Umožňuje uvaření semen a jejich stravitelnost. Během domestikace a šlechtění jsme se ale současně zbavili velké části variability, včetně vlastností a nově kladených nároků na rostliny v souvislosti se změnou klimatu. Pokud pochopíme dormanci u planých druhů, může to být následně výhodné i pro kulturní druhy,“ uvedl hlavní řešitel projektu Petr Smýkal z katedry botaniky, podle nějž se dosud nikdo touto otázkou nezabýval.
Práce na poli i experimenty
Výzkum začal letos v dubnu, projekt s názvem Využití přístupů ekologické genomiky k poznání adaptivního významu dormance semen u bobovitých rostlin potrvá tři roky. Vědci nejprve semena rozmnoží a následně se pustí do experimentů. Od geoinformatiků získají data o klimatických podmínkách z místa, odkud semena pocházejí. Tyto údaje budou sloužit k experimentálnímu testování dormance, lépe řečeno klíčení semen v režimu oscilujících teplot panujících v přirozených podmínkách, popřípadě za simulace variabilního srážkového režimu. Pomocí bioinformatiky a statistiky pak bude testována spojitost mezi mírou dormance, podmínkami prostředí a DNA. Spojení genomiky a geoinfomatiky je současný trend tzv. ekologické genomiky, která umožňuje pochopit procesy adaptace na podmínky prostředí.
„Budeme například zjišťovat, jaký podíl semen bude klíčit v různých podmínkách. K dispozici jsou ale i genetická data. U vojtěšek je už sekvenovaný genom, letos by měl být zveřejněn i genom hrachu. Díky bioinformatice se budeme snažit odhalit část genomu, která je spojena se znakem, jenž sledujeme. To by mohlo v budoucnu vést k produktivnějším a adaptabilnějším odrůdám,“ doplnil Smýkal.
Význam i pro českou genobanku
Miroslav Hýbl z VÚRV považuje za další přínos projektu doplnění české kolekce genetických zdrojů hrachu o plané formy z řady zemí, například Arménie, Sýrie, Turecka či Íránu. Vědci mají k dispozici jedinečnou kolekci semen planých hrachů z různých nadmořských výšek. „Obdobná kolekce se nikde nenachází na jednom místě, není systematicky popsána a analyzována. Na rozdíl od kulturních odrůd představuje obrovskou variabilitu znaků,“ uvedl Hýbl, který má v olomoucké genobance právě kolekci luskovin na starosti. V České republice čítá kolekce hrachu 2508 genetických zdrojů.
Semena pocházejí ze zahraničních genových bank. V těch se nachází na 1500 planých druhů, jen u 150 až 200 z nich ale existují spolehlivé GPS informace. Vojtěška byla vybrána jako modelová rostlina – má desetkrát menší genom než hrách a vzhledem k tomu, že nebyla zkulturněna, chová se stále jako planý druh.
Existuje několik různých typů dormance semen, ale právě u luskovin, respektive bobovitých rostlin se jedná především o fyzikálně daný typ podmíněný nepropustností osemení pro vodu navozující bobtnání a klíčení. Řešitelé se již dříve v podobném projektu Grantové agentury ČR zabývali mechanismem dormance.
Přírodovědci z kateder botaniky a buněčné biologie a genetiky jsou zapojeni i do evropského projektu Luskoviny pro budoucnost (LEGATO, 2014-2017). Účastní se ho výzkumníci z 12 zemí, cílem je přispět k rozšíření pěstování luskovin v Evropě. Zde je jejich úkolem a cílem vyvinutí takzvaných introgresních linií, kde jsou systematicky pomocí hybridizace a rekombinace vyměněny části chromozomů kulturních forem za plané druhy hrachu, konkrétně Pisum fulvum a Pisum elatius. Toto umožní praktické využití genetické diverzity planých forem, která byla právě během procesu domestikace a následného šlechtění ztracena, popřípadě nevyužita. K dispozici tak bude sbírka linií s přesně molekulárně zmapovanými segmenty. V letošním roce bylo prvních 50 vybraných linií již na polním testování.