Spýtajte sa na ústav jačmeňa Maxa Plancka pre molekulárnu fyziológiu rastlín

Šľachtenie rastlín trvá už viac ako desaťtisíc rokov. V tom čase ešte bez znalosti mendelovských pravidiel podľa náhodného princípu sú dnes rastliny pomocou najpresnejších analytických metód optimalizované z hľadiska ich vlastností pre humánne použitie.

Čo je to šľachtenie rastlín?

Človek využíva možnosti prírody

Cieľom šľachtenia rastlín je produkovať rastliny so zlepšenými vlastnosťami. Základom klasického šľachtenia rastlín je výber rastlín s požadovanými vlastnosťami a ich vzájomné cielené kríženie. Keď sa rastliny krížia, vlastnosti dvoch rastlín sa skombinujú - dobrá a zlá. Preto je potrebné opakované kríženie s následným obnoveným výberom, aby sa spojili priaznivé vlastnosti a podľa možnosti vylúčili negatívne.

Pre dosiahnutie rozmanitých chovateľských cieľov je rozhodujúce, aká veľká je rozmanitosť vlastností v rámci rastlinného druhu. Čím väčšia je genetická rozmanitosť, z ktorej je možné vybrať, tým je pravdepodobnejšie dosiahnuť požadovaný cieľ chovu. Rastliny s požadovanou kombináciou vlastností sa množia a po rôznych testoch prichádzajú na trh ako nová odroda.

Odkiaľ pochádzajú naše plodiny?

Príbeh, ktorý sa vracia tisíce rokov dozadu

Na konci doby kamennej ľudia vyčistili lesy typické pre stredoeurópsku krajinu a vybrali si na tieto oblasti určité rastliny určené na kultiváciu. To malo za následok zmenu prírodného zloženia druhov a vznikli polia a lúky.

Z pestovaných druhov rastlín si ľudia vybrali na ďalšie pestovanie tie rastliny, ktoré mali z hľadiska ich potrieb najpriaznivejšie vlastnosti. Na ďalšie pestovanie boli vybrané napríklad jednotlivé rastliny s dlhšími klasmi alebo väčšími plodmi. To nielen zvýšilo počet produktívnejších rastlín, ale aj obohatilo ich genetické zloženie. To zmenilo genetickú výbavu kultivovaných druhov.

Mnoho našich kultivovaných rastlín (pšenica) pochádza z divých foriem pred tisíckami rokov ľudským zásahom. Dnešné obilniny pochádzali z divých tráv. Naše hlavné obilniny, pšenica, jačmeň a raž, ale aj kukurica, zemiaky a paradajky boli do Európy dovezené z iných oblastí sveta.

Prečo vôbec potrebujeme šľachtenie rastlín?

Ciele rastlín nie sú ľudskými cieľmi

V prírode majú rastliny úžitok z tých vlastností, ktoré zlepšujú ich adaptabilitu na životné prostredie a zvyšujú ich konkurenčnú silu SPÝTAJTE SA SLIVKA. Vlastnosti, ktoré zabezpečujú prežitie rastliny, však môžu narušiť alebo dokonca zabrániť jej použitiu ľuďmi. Predčasná strata semena, tvorba horkých alebo jedovatých látok na obranu pred nepriateľmi.

To je zrejmé z príkladu obilia: Na začiatku pestovania obilia si ľudia vybrali na pestovanie tie rastliny, ktorých semená zostali na klasu čo najdlhšie a nevypadli skoro na poli alebo pri transporte. Ľudia tak dosiahli vyššie výnosy, ale zároveň obmedzili schopnosť rastliny sa množiť. Zrno sa preto musí mlátiť, aby sa zrno (semeno) uvoľnilo.

Takmer všetky naše plodiny dnes nie sú schopné prežiť mimo obrábaných polí, pretože kladú vysoké nároky na kvalitu pôdy a prísun živín a navyše nie sú príliš konkurencieschopné s divými rastlinami.

Aké ciele sledujú ľudia v chove?

Ľudské ciele nie sú cieľmi rastlín

Pre každý druh plodiny existujú konkrétne ciele šľachtenia. Tieto chovateľské ciele sa týkajú:

ziskovosť
Výnosová bezpečnosť (vrátane stability, odolnosti proti škodcom a chorobám, vyššej tolerancie voči klimatickým vplyvom)
zlepšenie kvality (zloženie zložiek z hľadiska zdravia, chuti alebo vlastností spracovania)
prispôsobenie rastlín výrobným procesom (napr. rovnomerné dozrievanie, rovnaká dĺžka stonky)
lepšie využitie zdrojov (živiny, voda atď.)

Na základe čoho sú rastlinné vlastnosti?

Gény rodičov určujú vlastnosti detí

Vlastnosti sú založené na informáciách, ktoré sú uložené na DNA vo forme génov v bunkovom jadre rastlín (Ask the Grape, časť 1). Za vývoj vlastností môže byť zodpovedný buď jeden gén, alebo sa ich vytvorením spája niekoľko génov.

Rastliny môžu mať okolo 30 000 (skorocel lekársky) až po viac ako 60 000 génov (pšenica). Počas oplodnenia sa rekombinujú gény otca a matky. Výsledkom sú potomkovia s novou sadou vlastností (Ask the Grape, 1. časť). Čím väčšia je rozmanitosť v rámci druhu, tým väčšie sú možné kombinácie. Úlohou šľachtiteľa je vybrať z tejto odrody najlepších kandidátov na ďalší šľachtenie. Toto je obzvlášť ťažké pre vlastnosti, ktoré nie sú okamžite viditeľné, ako napríklad chuť alebo odolnosť voči určitým chorobám.

Ako sa vlastne množia rastliny?

Z kvetov a klonov, včiel a vetra

Samoopelitelia patrí pšenica, jačmeň, ovos, ryža, hrášok a fazuľa.

Rozmnožovanie rastlín sa uskutočňuje buď sexuálne prostredníctvom opelenia a hnojenia alebo nepohlavne pomocou vegetatívneho rozmnožovania.

Počas pohlavného rozmnožovania sa v kvetoch rastlín vytvárajú peľ a vaječné bunky. Rozlišuje sa medzi samoopelením, pri ktorom sa peľ kvetu dostane na stigmu rovnakého kvetu, a krížovým opelením, pri ktorom sa peľ z kvetu jednej rastliny prenáša na stigmu kvetu inej rastliny.

Typ opelenia má rozhodujúci vplyv na vlastnosti potomstva a jeho rozmanitosť. Pretože v prípade samoopelivých rastlín semená a peľ pochádzajú z jednej a tej istej rastliny, potomstvo je do značnej miery identické navzájom aj s materskou rastlinou.

Genetická výbava týchto rastlín sa dá zmeniť iba mutáciami alebo vzájomným hnojením.

Krížové opeľovače patrí raž, lucerna, slnečnica, repka, konope, krmivo a cukrová repa, ako aj kukurica.

Pri krížovom opelení peľ a vajíčko pochádzajú z rôznych rastlín. Peľ môže byť transportovaný do prijímajúcich rastlín hmyzom alebo vetrom. Potomkovia z takého kríženia sú zložení z veľkého množstva geneticky odlišných rastlín.

Okrem pohlavného rozmnožovania majú rastliny možnosť aj nepohlavného rozmnožovania. Takzvané vegetatívne rozmnožovanie vytvára rastliny, ktoré majú úplne rovnaké vlastnosti ako pôvodná rastlina. Takéto rastliny sú tiež známe ako odnože alebo klony. Príkladom tohto druhu množenia sú zemiaky a jahody. Boli vyvinuté rôzne metódy chovu v závislosti od typu reprodukcie a opelenia.

Aké tam sú metódy chovu?

Odolnosť proti múčnatke v jačmeni: Prekročením etiópskej landrace (vľavo) sa európska elitná odroda (vpravo) stala odolnou aj proti múčnatke (od približne 1930).

K cieľu vedú rôzne cesty

Na celom svete sa asi tretina úrody stratí kvôli chorobám rastlín, škodcom a burine. Budúce výzvy sú navyše obrovské, a to z dôvodu neustále rastúceho svetového obyvateľstva so súčasným zmenšením kultivačných oblastí a zmenami klimatických podmienok. Aby sme mohli naďalej dosahovať vysokokvalitné a ekologické výnosy v dostatočnom množstve, potrebujeme efektívny a inovatívny šľachtenie rastlín.

V minulom storočí bolo možné klasické šľachtiteľské metódy založené na selekcii a krížení doplniť o nové postupy. Vďaka technikám, ktoré uľahčujú hľadanie rastlín vhodných na ďalší šľachtenie, alebo technikám, ktoré umožňujú pridanie jednotlivých vlastností, je možné šľachtenie rastlín zefektívniť. Predpoklady boli vytvorené základným výskumom rastlín.

Klasické metódy

The Elitný chov je najstaršou kultivovanou formou. Spočiatku to fungovalo ako hromadný výber, v ktorom sa pestovali vylepšené zmesi rastlinných druhov. Z týchto zmesí (miestne odrody) boli neskôr vybrané najlepšie jednotlivé rastliny. Výsledkom bolo rozdelenie suchozemských odrôd na geneticky jednotné línie (pozemné rasy).

Pod Kombinovaný chov rozumieme kríženie rastlín s cieľom rekombinácie charakteristík. Môžu sa krížiť rôzne odrody pestovanej rastliny alebo sa môžu do kultúrnej rastliny krížiť divoké druhy.

Z jednotlivých prechodov sú vybrané iba najsľubnejšie. Zatiaľ čo pri samooplodňovaní treba zabrániť samooplodneniu, aby bolo možné vytvárať nové kombinácie (umelé kríženie), pri krížovom opelení sa krížové hnojenie zámerne robí s iným partnerom.

The Hybridný chov predstavuje ďalší vývoj kombinovaného chovu. Dve geneticky odlišné, ale homozygotné rodičovské rastliny (inbredné línie) sú navzájom krížené. Potomstvo tohto kríženia je oveľa lepšie ako jeho rodičia v raste a výnose. Tento jav sa nazýva heteróza. Už len z ekonomických dôvodov nemožno zozbieraný materiál hybridnej odrody použiť ako osivo, pretože sa v dôsledku následného štiepenia stratí v nasledujúcej generácii účinok heterózy a tým aj vysoký výnos.

Pred ukončením odrody sa musia vykonať početné testy. Od prvého kríža po schválenie trvá asi 12 až 15 rokov.

Hybridný chov Okrem kukurice sa používa aj na cukrovú repu, slnečnicu, veľa druhov zeleniny, obilniny ako pšenica a raž a okrasné rastliny.

Nové doplnkové metódy

V chov asistovaný markermi budú techniky molekulárnej biológie ako PCR, sekvenovanie alebo Stanovenie prísady (Spýtajte sa na hrozno, 2. časť - prebieha) sa používajú na vyšetrenie potomkov krížencov z hľadiska ich genetického zloženia a na ich porovnanie s pôvodnými rastlinami. Vytvorením takéhoto „genetického odtlačku prsta“ je možné určiť, ktoré mladé rastliny sú vhodné na ďalší chov. Chovateľské úsilie je znížené.

Inteligentný chov: Po počiatočnom krížení sa pomocou molekulárno-biologických metód vyberú potomky, ktoré majú požadovaný nový znak. Tieto sa potom opäť krížia, kým nezmiznú všetky nežiaduce vlastnosti.

Inteligentný chov je „zdokonalenie“ chovu podporovaného markermi. Táto metóda, známa tiež ako precízny chov, umožňuje vystopovať zaujímavé variácie génov alebo konkrétnejšie a efektívnejšie využitie divých rastlín na chov.

Kým Chov mutácií rádioaktívne žiarenie alebo chemikálie menia genetický materiál neusmerneným spôsobom a ovplyvňujú tak iba náhodne a neúmyselne zloženie vlastností rastlín Genetické inžinierstvo cielené vloženie génu alebo menej génov a tým nové vlastnosti. Toto vloženie môže obmedziť typ (transgénna rastlina), ale aj v rámci druhu (cisgénna rastlina).

Prečo potrebujeme génové banky?

Zabezpečenie rozmanitosti nehnuteľností

V Génová banka Gatersleben uložiť okolo 145 000 vzoriek osiva z plodín z celého sveta. Len v génovej banke sa nachádza 20 000 jačmeňa.

Pretože šľachtenie je založené na neustálom výbere rastlín, môže to viesť k zúženiu Génové bazény olova v rámci rastlinného druhu. Toto zúženie je obzvlášť závažné, ak sa na začiatku používania rastlinného druhu ľuďmi udomácnilo a použilo na ďalší chov iba niekoľko druhov.

Keď si to chovatelia a vedci uvedomili, boli Génové banky v ktorých sa zhromažďuje a uchováva genetická rozmanitosť rastlín vo forme semien. Vďaka novým a efektívnejším metódam šľachtenia sa budú v budúcnosti viac využívať uložené staré odrody alebo divoké druhy a získajú na dôležitosti génové banky.