Mezinárodní spolupráce v oblasti rostlinných biotechnologií
Česká technologická platforma rostlinných biotechnologií, z.s. získala v první výzvě OP Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost projekt Internacionalizace platformy ČTPRB CZ.01.1.02/0.0/0.0/
15_037/0007165
více
AKCE ČTPRB 2017
přehled pořádaných akcí pro rok 2017
více
Rostliny pro budoucnost
Nabízející se naděje, která však není samozřejmostí...
více
POZVÁNKA: Nové odrůdy obilovin pro zdravou výživu
20. června 2017 od 10:00 do 13:00 hodin v Kroměříži
více
Gate2Biotech - Vše o českých biotechnologiích na jednom místě
Portál je věnován tématům: rostlinná a živočišná biotechnologie, životní prostředí, genetika, enzymy, medicína, nanotechnologie. ...
archiv | podrobné
Rostlinná biotechnologie - Wikipedie, otevřená encyklopedie
Rostlinné biotechnologie jsou biotechnologie pracující s rostlinami. Největšího využití mají v zemědělství a potravinářství, využití pro ně však lze nalézt ...
archiv | podrobné
Úvod Co jsou biotechnologie?
V řadě procesů nalezly uplatnění rostlinné (sója, slunečnice, řepka, arašídy ap.) nebo živočišné tuky. Velmi dobré využití v určitých typech biotechnologií ...
podrobné
Veřejné služby Informačního systému
Rostlinná biotechnologie by tedy v budoucnu mohla být účinnou alternativou pro produkci monoklonálních protilátek. Monoklonální protilátky produkované ...
archiv
Biotechnologie - INOVACE.CZ
Čeští vědci objevili tajemství flexibility rostlinných buněk ... Juraj Kořínek, 03. 03. 2010 , Nové technologie v praxi, Biotechnologie, Medicína a farmacie ...
archiv | podrobné
RP7 zítrejší odpovedi se rodí už dnes odpovedi
mikrobiálních, rostlinných a živočišných biotechnologií, jejichž pomocí by mohly být vyvinuty nové, zdravější, ekologické a konkurenceschopné produkty a ...

Další výzkum genů kvetení u pšenice pro zvýšení její tolerance vůči klimatickým změnám

Pšenice je jednou z nejdůležitějších hospodářských plodin z hlediska zabezpečení výživy lidské populace a je tedy logické, že úsilí o zajištění stabilní a vysoké produkce zrna této obilniny je v centru pozornosti nejen zemědělců, ale i šlechtitelů a mnohých vědecko-výzkumných týmů po celém světě.

Dosažitelné vysoké potenciální výnosy pšenice stále snižuje celá řada biotických činitelů a nepříznivých abiotických faktorů. V důsledku klimatických změn jsme v poslední době svědky značných výkyvů počasí. Jarní mrazy mohou vést k poškození květních částí, suchá a horká léta naopak ohrožují ukládání zásobních látek do vyvíjejících se obilek. Vývoj odrůd pšenice, které budou lépe přizpůsobeny lokálním podmínkám, tedy budou mít průběh kvetení načasovaný tak, aby v důsledku výkyvů počasí nedocházelo k poškození květních částí, je jednou z cest, jak lépe odolávat působení takových negativních vlivů.

Optimalizace doby kvetení může zabránit poškození a zajistit, aby rostlina pšenice využila dostupné zdroje živin, potřebných pro vývoj a zrání obilek. Na určení optimální doby kvetení se podílí velké množství genů. Většina těchto genů ovlivňuje proces kvetení jen v malé míře, a až jejich souhrou dochází k iniciaci celého procesu. Identifikace všech zúčastněných genů a jejich vzájemných interakcí, stejně tak interakcí s vnějšími podmínkami prostředí, je složitý proces. Všeobecně můžeme geny, podílející se na procesu kvetení, rozdělit do tří skupin: geny zodpovědné za jarovizaci (vernalizaci), za vnímání fotoperiody a tzv. Earliness per se (Eps) geny.

Ozimá pšenice potřebuje pro iniciaci kvetení dlouhé období chladu (6–10 týdnů) – tzv. vernalizaci. Jeho překonání rostlina identifikuje díky třem hlavním vernalizačním genům (VRN1, VRN2, a VRN3). V roce 2014 byl na chromosomu 5D přesně lokalizován další gen VRN4, který vznikl duplikací genu VRN1. Před zimním obdobím je kvetení potlačeno inhibicí exprese genu VRN3, což se uskutečňuje díky represorickému proteinu kódovaného genem VRN2. Exprese genu VRN2, a tedy i jeho inhibiční efekt je odstraněn působením chladu v průběhu zimního období. Přítomnost dalších represorických proteinů zmiňuje studie kolektivu vedeného Prof. Dubcovskym (2012), a to na základě poznatku, podle něhož je gen VRN2 reprimován nejen chladem, ale i krátkým dnem. Chlad je zodpovědný i za aktivaci exprese genu VRN1.VRN1 následně iniciuje expresi genu VRN3. Exprese VRN3 je však stále nedostačující a musí být podpořena geny, jejichž exprese je akcelerována dlouhým dnem (> 12 hodin světla). Vnímání délky dne mají na starosti fotoperiodické geny (Ppd). Prodloužení dne vede ke zvýšení jejich exprese, čímž dochází k ovlivnění stability a následně funkce dalších proteinů, které spolu s proteinem VRN1 spustí produkci genu VRN3. Protein vznikající přepisem genu VRN3 je z listů transportován do růstového vrcholu. Interakcí s proteinem Triticum aestivum Flowering Locus D – like (TaFDL2) je přenesen do jádra, kde umožňuje zvýšení exprese VRN1. V růstovém vrcholu vede protein VRN1 ke spuštění genů zodpovědných za přechod z vegetativního do generativního stadia a tvorbu květních částí (Obr. 1).

Jarní pšenice, které nepotřebují období chladu pro iniciaci kvetení, vznikly v důsledku exprese genu VRN1 před obdobím chladu. Stalo se tak změnami sekvence genu VRN1 v prvním intronu nebo promotorové oblasti, případně narušením inhibičního efektu proteinu VRN2, a to buď sekvenční změnou v CCT doméně (zodpovědná za interakci proteinu s DNA) nebo jeho delecí. Doposud se předpokládalo, že za vznik jařin je zodpovědná jen delece v prvním intronu genu VRN1, avšak v roce 2016 zjistili Shcherban a kolektiv, že inzerce MITE (Miniature Inverted-repeat Transposable Element) v prvním intronu je pro vznik jarního typu pšenice dostačující. Další výzkum prokázal, že jednotlivé jarní alely mají různý vliv na kvetení, a tedy i mezi nimi lze detekovat variabilitu, která může být využita pro další šlechtění. Pšenice, u kterých je kvetení akcelerované i v období krátkého dne, vznikly změnami v sekvenci DNA genů Ppd. Delece v promotorové oblasti vede k posunutí nejvyšší hladiny exprese do nočních hodin a následně k interakci proteinu Triticum aestivum CONSTANS (TaCO) s proteinem Nuclear transcription factor Y (NF-Y), jeho stabilizaci a nakonec k iniciaci exprese VRN3. Kromě delece je za necitlivost k délce dne zodpovědný i zvýšený počet kopií genu Ppd nacházejícího se na subgenomu B (Ppd-B1). Zvýšený počet kopií byl korelován se zvýšenou hladinou metylace DNA. Metylace promotorové oblasti tohoto genu zřejmě vede k inhibici navázání represora a následně ke zvýšení exprese. Naše výsledky z roku 2017 však naznačují, že tato korelace není vždy přítomna a daný fenomén je nutné dále podrobněji prozkoumat.

Eps geny, které jsou zodpovědné za drobné změny v období kvetení, umožňují harmonizaci kvetení s ohledem na lokální podmínky prostředí, nezávisle na vernalizaci a fotoperiodě. Velmi malý efekt těchto genů na kvetení a jejich vztah ke změnám vnějšího prostředí značně ztěžují jejich identifikaci. Doposud byly pozičně klonovány jen tři Eps geny. Překážkou pro identifikaci dalších genů Eps je snížená rekombinace v oblasti, ve které se nacházejí. To zatím neumožnilo přesně určit, který ze skupiny kandidátních genů, nacházejících se v daném lokuse, je zodpovědný za konkrétní sledovaný fenotyp.

Díky novým technologiím na poli molekulární biologie, bioinformatiky, ale i způsobům tvorby mapovacích populací a fenotypování se naše poznatky o determinaci kvetení stále rozšiřují. Znalost sekvence celého genomu pšenice je jen dalším krokem, který nám může pomoci v urychlení výzkumu, identifikaci nových alel a genů, a následně k vyšlechtění nových odrůd, které budou schopny lépe snášet různé abiotické vlivy prostředí.

scheme
Obr 1.: Schéma determinace kvetení u pšenice seté. Obrázek znázorňuje vzájemnou interakci vernalizačních a fotoperiodických genů zodpovědných za iniciaci doby kvetení u pšenice seté. Hvězdička je symbolem pro chladné období, slunce pro přítomnost dlouhého dne, žluto-černé slunce charakterizuje krátký den a květ kvetení. VRN1, VRN2 a VRN3 – vernalizační geny, PPD1 – fotoperiodický gen, TaCO – protein Triticum aestivum CONSTANS, NF-Y – protein Nuclear transcription factor Y, TaFDL2 – protein Triticum aestivum Flowering Locus D – like

Agrotest fyto, s.r.o.