Čínski vedci urobili nový prielom v hybridnom šľachtení zemiakov pomocou evolučnej genomiky na identifikáciu škodlivých mutácií, ktoré môžu pomôcť skrátiť proces šľachtenia a vytvoriť viac a lepších odrôd zemiakov.

Prelom, ktorý urobil výskumný tím z Inštitútu poľnohospodárskej genomiky v Shenzhene, pridruženého k Čínskej akadémii poľnohospodárskych vied, bol zverejnený online v najnovšom čísle vedeckého časopisu Cell.

Zemiaky sú najdôležitejšou hľuzovou potravinovou plodinou a jednou zo základných svetových plodín. V porovnaní s inými základnými plodinami potrebujú zemiaky menej vody a môžu sa pestovať v širokej škále oblastí, hovorí Wu Yaoyao, kľúčový člen výskumného tímu.

„Ale šľachtenie novej odrody zemiakov trvá príliš dlho. Odroda zemiakov používaná na hranolky McDonald’s bola vyšľachtená pred viac ako 120 rokmi,“ hovorí Wu.

Hlavným dôvodom je, že zemiak je tetraploid, čo znamená, že má štyri sady genómov a závisí od nepohlavného rozmnožovania cez hľuzy.

Má dlhý chovný cyklus a nízku reprodukčnú účinnosť, zatiaľ čo hľuzy sú tiež ľahko infikované chorobami a náchylné na škodcov, hovorí Wu.

Výskumný tím spustil „Všadeprítomný zemiakový projekt“, ktorého cieľom je transformovať rozmnožovanie zemiakov z asexuálnej na sexuálnu a zo spoliehania sa na hľuzy na spoliehanie sa na semená a usmerňovať šľachtenie zemiakov pomocou genomiky a syntetickej biológie.

Aby sa vyšľachtili konzistentné vysokokvalitné odrody zemiakov, vedci potrebujú získať vysoko homozygotné inbredné línie nepretržitým samooplodnením, aby sa mohli vyrábať hybridné komerčné línie s konzistentnými vlastnosťami, vysvetľuje Wu.

Počas dlhodobej histórie nepohlavného rozmnožovania zemiaka sa však nahromadilo veľké množstvo skrytých škodlivých mutácií. Po samooplodnení tieto predtým „neviditeľné“ mutácie odhalia svoj nepriaznivý vplyv na rastliny, ako je znížená životaschopnosť, sterilita, znížená odolnosť voči chorobám a výnos. Tento jav, známy ako depresia príbuzenského kríženia, predstavuje veľkú prekážku v šľachtení hybridných zemiakov.

„Prekonanie škodlivých mutácií je najťažšou úlohou v tomto výskume,“ hovorí Huang Sanwen, vedúci výskumného tímu.

Výskumníci zhromaždili a porovnali genómové informácie zo 100 materiálov Solanaceae a Convolvulaceae s akumulovanou históriou vývoja 1,2 miliardy rokov. Zemiaky patria do čeľade Solanaceae, zatiaľ čo sladké zemiaky patria do čeľade Convolvulaceae.

„Pozorovali sme, že ak po 1,2 miliarde rokov evolúcie zostane gén alebo časť DNA rastlín nezmenená, znamená to, že je to obzvlášť dôležité. Identifikovali sme najkonzervovanejšie a nemenné miesta v genóme,“ hovorí Huang.

„Ak tieto génové miesta zmutujú, je pravdepodobnejšie, že to bude mať nepriaznivé účinky na zemiaky, teda škodlivé mutácie. Preskúmali sme celý obraz škodlivých mutácií na úrovni celého genómu a vytvorili sme prvú dvojrozmernú mapu zemiakov. Preto môžeme hľadať a eliminovať škodlivé mutácie komplexnejšie a efektívnejšie,“ hovorí Huang.

Výskumný tím tiež vyvinul nový predikčný model celého genómu, ktorý obsahuje informácie o škodlivých mutáciách, čo by mohlo výrazne zlepšiť presnosť predpovede vlastností, ako je výnos, výška rastliny a tvar hľúz, o 25 až 45 percent. Model by mohol pomôcť šľachtiteľom pri včasnom rozhodovaní o pestovaní, čím by sa znížili náklady a skrátil proces šľachtenia zemiakov.

Výskum by mohol zvýšiť efektivitu šľachtenia zemiakov asi o 50 percent, čo by poskytlo základ pre zlepšenie odrody. Technológia by sa mohla použiť aj pri zlepšovaní iných plodín, ako sú sladké zemiaky, ovocie, cukrová trstina, ako aj mnoho tropických plodín, dodáva Huang.