Text níže vyšel v červnu 2024 a je nyní republikován v rámci přehledu Rok ve vědě 2024.

TLDR: Postupnou úpravou kopií genu pro úhel listů rostliny se podařilo zvýšit množství přijatého slunečního záření – a tak o desítky procent zvýšit i výnosy plodiny. Studie tuna.

Za stamiliony let vypilovala příroda mnoho svých procesů k vysoké efektivitě – ale bylo by chybou si myslet, že to platí absolutně. Jenom tam, kde dochází na vysoké soutěžení, bere vítěz vše – mnohdy se ale evoluce spokojí s průměrnými výsledky. Jedním takovým příkladem jsou i listy cukrové třtiny, které se však v nové práci podařilo vyštelovat pomocí editoru CRISPR!

Podceňovaná třtina

Cukrová třtina zní možná na první pohled jako lamózní plodina vhodná možná tak pro milovníky pravého rumu. Fskutečnosti však je vůbec největší světovou plodinou (!) podle výnosu biomasy, která poskytuje 80 % cukru a 40 % biopaliv vyrobených na celém světě. I relativně menší úprava by tak mohla mít značné benefity…

Není to ani poprvé, co do této plodiny zasahujeme. Dnešní cukrová třtina je již křížencem plodin Saccharum officinarum a Saccharum spontaneum – následkem čehož má také ze všech podobných plodin nejsložitější genom. To rovněž znamená, že tradiční šlechtění u ní již naráží na své limity! Nicméně, dnes v 21. století již nejsme omezeni na tradice! 

Vědátoři Floridské univerzity sáhli po editoru CRISPR/Cas9 a využili ho k přesnému vyladění úhlu sklonu listů cukrové třtiny. Úhel sklonu listů je definován jako sklon dlouhé osy listů vzhledem k horizontále – poněvadž jsou možnosti pohybu listem omezené, natvrdo geneticky nastavený úhel sklonu listů určuje efektivitu osvitu listu a tedy i to, jak moc se může činit fotosyntéza!

CRISPRem vylepšené nastavení úhlu sklonu listů proto umožnilo cukrové třtině zachytit více slunečního světla… což zase následně zvýšilo množství produkované biomasy!

Není to tak snadné

Takhle to samože zní suprjednoduše, ale realita – jak už to bývá – byla poněkud náročnější. Složitost genomu cukrové třtiny je zčásti způsobena jeho vysokou mírou redundance – jinými slovy, každý gen má mnoho kopií. Pro optimální výsledky je proto nutné upravovat více kopií genu najednou.

Práce si posvítila konkrétně gen LIGULELESS1 neboli LG1, který hraje hlavní roli při určování úhlu sklonu listů cukrové třtiny. Celkem přitom genom rostliny obsahuje 40 kopií (!) genu LG1, bylo proto nutno sáhnout do maxima z nich. Tím, že vědátoři postupně upravovali různý počet kopií, mohli ale také jemně ladit úhlem listů! To pak umožnilo odhalit i nejlepší možný výsledek.

Neméně podstatné je i to, že nejde již jen o laboratorní pokusy. Autoři výsledné rostliny již pěstovali v polních pokusech a tak i zjistili, které úhly jsou pro vyšší výnosy nejlepší. Především vzpřímené typy listů, vzniklé z úpravy 12 % kopií genu LG1 a vykazující 56% snížení úhlu sklonu listů  zvýšily až o 18 % výnos suché biomasy!

Tadá!

Zachycená vyšší míra energie ze Slunce má pak skoro magický efekt – vyšší výnosy se objevují i bez nutnosti vyššího hnojení. A byť je nynější práce logicky limitována jenom na cukrovou třtinu, její koncept by mohl v budoucnu napomoct vyšším výnosům i u dalších plodin!

Již v minulých letech se také ukázalo, že efektivnější proces fotosyntézy může rovněž o desítky procent zvyšovat výnosy například u rýže. Pokud tak i my nakonec připustíme, že žijeme v 21. století a přijmeme všechny jeho možnosti, budeme moc nejen vynaspravit některé lenošivé přírodní procesy… Ale také čelit nemalým výzvám tohoto století!

[Ladislav Loukota, JŠ]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]