Predstavme si obilninu, ktorá každý rok sama vyraší bez toho, aby bolo potrebné obrábať pôdu a po každom zbere ju znovu vysievať. Poľnohospodári by ušetrili prácu a erózia pôdy by sa spomalila. Vyšľachtiť trváce obilniny, vďaka ktorým by sa polia viac podobali ovocným sadom, sa však dosiaľ ukázalo ako veľmi náročné. V roku 2018 čínski vedci ako prví predstavili odrodu ryže, ktorá prináša úrodu niekoľko rokov po sebe. Jej vytvorenie si však vyžiadalo desaťročia tradičného šľachtenia.
Gény prevzaté z divo rastúcich druhov by mohli tento proces urýchliť. Na trváce by sa tak dali premeniť aj odrody ryže, ktoré sú už prispôsobené jednotlivým regiónom a pestovateľským podmienkam. V novom čísle časopisu Science skupina vedcov informuje o identifikácii dvoch génov, ktoré divo rastúcemu druhu ryže Oryza rufipogon umožňujú každý rok znovu kvitnúť. Tieto gény vložili do genómu pestovanej O. sativa, teda ryže siatej. Rastlina tým získala kľúčovú vlastnosť trvaliek: schopnosť zastaviť kvitnutie a pokračovať vo vegetatívnom raste namiesto toho, aby po odkvitnutí odumrela, ako to zvyčajne robia jednoročné rastliny.
„Je to skutočne veľký pokrok. Identifikovali veľmi dôležitý diel skladačky,“ hovorí rastlinná biologička Allison Miller zo Saint Louis University a Centra rastlinných vied Donalda Danfortha, ktorá sa na výskume nepodieľala. Väčšina práce však podľa nej ešte len čaká na vedcov, pretože nové výhonky zatiaľ nedokážu vytvárať zrno.
Jednoročným rastlinám rýchlo rastú nadzemné časti a prinášajú vyššiu úrodu než divo rastúce trvalky, ktoré často vynakladajú značné zdroje na vytvorenie hlbšej koreňovej sústavy. Naši predkovia pri domestikácii vyberali rastliny s vlastnosťami jednoročných druhov sčasti práve pre vyššiu úrodu. Existujú teda dobré dôvody, prečo sú pestované obilniny jednoročné. Aj trvalky však majú lákavé vlastnosti, ktoré by bolo vhodné preniesť do tejto oblasti poľnohospodárstva.
V novom výskume spojili sily rastlinný genetik Bin Han a vývinový biológ Jia-Wei Wang z Centra excelentnosti molekulárnych vied o rastlinách Čínskej akadémie vied, aby identifikovali gény, ktoré riadia trvácnosť ryže. Najprv skrížili často skúmanú líniu O. rufipogon s pestovanou ryžou. Získali tak množstvo potomkov, z ktorých každý niesol iné malé úseky DNA divo rastúceho druhu. Z vyrastených rastlín vybrali jednu, ktorú označili ako G43. Mala nevyhnutnú schopnosť zastaviť kvitnutie a pokračovať vo vegetatívnom raste.
Každá rastlina ryže, dokonca aj pestované jednoročné odrody, má krátky „druhý život“. Po zbere zrna jednoročná ryža vytvára malé bočné stonky nazývané odnože, na ktorých tiež dozrieva zrno, hoci len vo veľmi malom množstve. Ryža G43, ktorú vyšľachtili Han a Wang, však odnožovala mimoriadne bohato: vytvorila približne 70 takýchto druhotných výhonkov, zatiaľ čo jednoročná ryža ich má na jednej rastline asi tucet.
Vedci zmapovali gény zodpovedné za rast v neskoršej fáze života rastliny do oblasti na 1. chromozóme, ktorú nazvali EBT1. Pri podrobnejšom skúmaní identifikovali dva konkrétne gény, ktoré za túto vlastnosť zodpovedajú: MIR156B a MIR156C. Oba produkujú mikroRNA, ktoré sa viažu na špecifické mediátorové RNA a potláčajú tak aktivitu rodiny génov riadiacej načasovanie vývinu mladých rastlín až do dospelosti.
Podobné gény MIR156 sa nachádzajú v mnohých druhoch tráv vrátane pšenice. Ich expresia po odkvitnutí rastliny zvyčajne klesá, čím sa rast končí. V G43 sa však tieto gény správali inak. Aj ich expresia po odkvitnutí klesla, potom však začala opäť stúpať a umožnila výhonkom pokračovať vo vegetatívnom raste. „Neprekvapilo by nás, keby sme podobný mechanizmus našli aj v iných trvácich obilninách,“ hovorí Han. Napríklad mutantná línia kukurice objavená v 20. rokoch 20. storočia rastie nepretržite a vytvára husté trsy podobne ako divo rastúca ryža. Tento mutant známy ako Corngrass1 má gény MIR156, ktoré sa môžu správať podobne ako gény trvácej ryže.
G43 naďalej rastie ako jednoročná rastlina: smeruje nahor namiesto toho, aby sa plazila po zemi. Práve plazivý rast pritom umožňuje druhotným výhonkom O. rufipogon zakoreniť a vytvoriť nové rastliny. Aby vedci zmenili stavbu rastlín, pridali do G43 dva gény z O. rufipogon, PROG1 a TIG1. Výsledné rastliny rástli plazivo ako ich divo rastúca príbuzná a prežili dvojročný poľný pokus, čo je sľubným znamením z hľadiska ich životnosti.
Pred G43 však stále stojí veľká prekážka. Z druhotných výhonkov sa vyvinuli silné nové rastliny, no tie vytvárali neplodné kvety, ktoré nepriniesli semená. Rovnaký problém nastal, keď vedci preniesli celú oblasť EBT1 z O. rufipogon do jednoročnej odrody. Moto Ashikari, profesor rastlinnej genetiky na Nagojskej univerzite, napriek tomu považuje výsledky za pôsobivé: „Je to presvedčivý dôkaz, že jednoročné rastliny možno genetickými metódami premeniť na trváce.“
Vedci uznávajú, že na dosiahnutie úspechu sú jednoznačne potrebné ďalšie gény. Teraz hľadajú také, ktoré by mohli obnoviť plodnosť druhotných výhonkov. Zároveň skúmajú gény exprimované v podzemných pletivách, napríklad v koreňoch a podzemkoch, aby zistili, či podporujú trváci rast a ďalšie vlastnosti žiaduce pri pestovaných rastlinách. Ak biotechnológia pomôže doplniť tieto chýbajúce dieliky, možno sa konečne podarí vyriešiť, ako vyvinúť komerčne využiteľnú trvácu ryžu.
