Vědci zvýšili výnosy čínské odrůdy rýže až o 40 procent, když jí přidali druhou kopii jednoho z jejích genů. Tato změna pomáhá rostlině absorbovat více hnojiv, zvyšuje fotosyntézu a urychluje kvetení, popsali autoři tohoto výzkumu v odborném časopise Science.
Vědci změnili rýži jediný gen. Dává teď o 40 procent vyšší úrodu
Zvýšení výnosů díky jedinému genu, který je zodpovědný za všechna tato vylepšení, je „opravdu působivé“, uvedl pro Science rostlinný genetik Matthew Paul, který se na práci nepodílel. „Nemyslím si, že bych něco takového kdy viděl.“
Dodává, že tento přístup by se mohl vyzkoušet i u jiných plodin; nová studie totiž uvádí už předběžné výsledky u pšenice.
Pracné hledání
Zvýšit potenciál jakékoliv zemědělské rostliny je obvykle nesmírně složité. Na výnos má totiž vliv obrovské množství genů. Jednotlivé z nich biotechnologové hledají už celé roky, ale zatím bez většího úspěchu.
V posledních letech se proto jejich zájem přesunul na geny, které řídí jiné geny – mají tedy vliv na více aspektů růstu rostlin, jako je například příjem živin z půdy, nastavení rychlosti fotosyntézy nebo řízení zdrojů živin z listů do semen. Modifikace jednoho takového regulačního genu u kukuřice přináší asi o deset procent vyšší výnosy. Klasickým šlechtěním se přitom nedá dosáhnout ani desetinového zlepšení.
Třináct genů
Tým vedený fyziologem Wenbinem Zhouem z Čínské akademie zemědělských věd prošel 118 regulačních genů rýže a kukuřice, které kódují bílkoviny nazývané transkripční faktory a které jiní výzkumníci už dříve označili za důležité pro fotosyntézu. Snažil se zjistit, jestli dochází k aktivaci některých těchto genů u rýže pěstované v půdě s nízkým obsahem dusíku – takové geny by totiž v této situaci mohly zvýšit příjem živin. A pokud by se je podařilo aktivovat také u rýže pěstované v běžné půdě, mohlo by to rostlinu přimět k tomu, aby přijímala ještě více dusíku a vytvořila více zrna.
Vědci našli 13 genů, které se aktivovaly, když byly rostliny rýže pěstovány v půdě chudé na dusík; pět z nich vedlo ke čtyřnásobnému nebo většímu zvýšení příjmu dusíku. Do odrůdy rýže zvané Nipponbare, která se používá pro výzkum, vložili další kopii jednoho z těchto genů, známého jako OsDREB1C.
Tento gen u jiných jednotlivých rostlin rýže vypnuli a pak už jen ve sklenících sledovali, co se bude dít. Ukázalo se, že rostliny bez genu rostly hůř než kontrolní rostliny a současně rostliny s extra kopií OsDREB1C rostly mnohem rychleji než běžné sazenice a také měly delší kořeny.
Jedním z důvodů byla dobrá výživa. Rostliny s extra kopiemi OsDREB1C totiž přijímaly více dusíku prostřednictvím kořenů a přesouvaly ho pak účinněji do výhonků. Modifikované rostliny byly také lépe vybaveny pro fotosyntézu. V listech měly asi o třetinu více chloroplastů, fotosyntetických organel v rostlinných buňkách, a zhruba o 38 procent více RuBisCO, klíčového enzymu pro fotosyntézu.
Vylepšená rýže, vysazená na poli po dobu dvou až tří let, poskytovala vyšší výnosy na třech místech v Číně s klimatem od mírného až po tropické.
- Fotosyntéza (z řeckého fós, fótos – „světlo“ a synthesis – „shrnutí“, „skládání“) je složitý biochemický proces, při kterém se mění přijatá energie světelného záření na energii chemických vazeb.
- Využívá světelného, například slunečního, záření k tvorbě (syntéze) energeticky bohatých organických sloučenin – cukrů – z jednoduchých anorganických látek – oxidu uhličitého (CO2) a vody.
- Fotosyntéza má zásadní význam pro život na Zemi.
V poslední fázi výzkumu pak genetici tuto metodu otestovali i na běžném druhu vysoce výnosné rýže, kterou často využívají čínští zemědělci. Výsledky předčily očekávání. Modifikované moderní rostliny rýže totiž vyprodukovaly až o čtyřicet procent více zrna na pozemek než běžné rostliny, uvedli vědci.
„To je obrovské číslo,“ komentovala pro Science specialistka na genetiku rýže Pam Ronaldová z Kalifornské univerzity. „Je to prostě úžasné.“
Rýže pro přehřátou planetu
Stejně jako v předchozích pokusech s modifikovanými rostlinami ve sklenících i na normálním poli měly tyto rostliny větší zrna ve větším množství. „Vzali si už tak velmi dobrou odrůdu rýže a ukázali, že ji mohou ještě víc vylepšit,“ vysvětluje Steve Long z University of Illinois.
Upravené rostliny také dříve vykvetly, což může přinášet výhody v závislosti na prostředí. Zemědělci mohou například vypěstovat více plodin za sezónu nebo sklidit úrodu dříve, než nastoupí ničivá letní vedra, která jsou spojená se změnou klimatu.