Radiační mutace pro pěstování lepší bavlny

„Bavlna je plodina, kterou stojí za to oslavovat: produkuje užitečná přírodní vlákna – dá se říci, že je nejdůležitějším přírodním vláknem na světě. Zmírňuje chudobu v některých nejméně rozvinutých zemích světa. Podporuje zaměstnání a příjem žen. A jako jiné zelené rostliny odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry,“ řekl generální ředitel MAAE Rafael Mariano Grossi při příležitosti Světového dne bavlny 7. října 2024 na oslavách v Beninu. Ve svém poselství více než 400 účastníkům oslav Světového dne bavlny hovořil o o důležitosti této plodiny a úloze agentury v mezinárodním ‚Partnerství pro bavlnu‘ a také zdůraznil, jak jaderná věda pomáhá optimalizovat růst bavlny. MAAE má více než šedesátiletou zkušenost s vývojem a sdílením jaderných technik, které pomáhají získat to nejlepší z půdy, vody a plodin včetně bavlny, jako součást práce prováděné společným centrem FAO/IAEAC pro jaderné techniky v potravinářství a zemědělství.

Laboratoře MAAE v Seibersdorfu provádějí aplikovaný výzkum a vyvinutá technologie se prostřednictvím programu technické spolupráce MAAE přenáší do členských zemí a k farmářům, aby mohli tyto techniky použít na poli.

K urychlení vývoje bavlníkových semen a k vývoji odrůd, které jsou odolnější vůči suchu, horku nebo chorobám, používají vědci MAAE/FAO například ozařování gama paprsky nebo paprsky X.

Šlechtění rostlin mutací

Je to proces vystavení rostlinných semen, řízků nebo jiného sadebního materiálu gama záření, nebo rentgenovému záření, a poté zasazení semen nebo kultivace ozářeného materiálu ve sterilním kořenovém médiu, které stimuluje vývoj rostlinky. Jednotlivé vzešlé rostliny se pak namnoží a zkoumají se jejich vlastnosti. Ty, které vykazují požadované vlastnosti, se pak kultivují dále.

Šlechtění rostlin mutací se používá od roku 1930 k urychlení procesu vývoje a výběru nových cenných agronomických vlastností, využívá vlastní genetický materiál rostliny a napodobuje přirozený proces spontánní mutace. Mutační proces generuje náhodné genetické variace, jejichž výsledkem jsou mutované rostliny s novými a užitečnými vlastnostmi.

Klasické šlechtění v nejjednodušší formě zahrnuje selektivní množení rostlin s žádoucími vlastnostmi a vyřazování těch s méně žádoucími vlastnostmi. Další technikou je záměrné křížení blízce nebo vzdáleně příbuzných, ale sexuálně kompatibilních rodičovských linií za účelem vytvoření nových odrůd plodin nebo linií s žádoucími vlastnostmi. Obě techniky zahrnují vícegenerační proces, který často vyžaduje pět nebo více let k rozvoji hledaných vlastností a odstranění nežádoucích vlastností.

MAAE společně s FAO pomáhá svým členským státům při vývoji a zavádění technologií, které mohou pomocí gama záření a rentgenového záření vyvolat mutaci rostlin, a tím výrazně urychlit proces šlechtění. To může také zahrnovat použití souvisejících biotechnologií k identifikaci a výběru požadovaných mutací.

Rychlejší nástroj, šetrný k životnímu prostředí

Šlechtění mutací je v případě samosprašných plodin, které se šíří semeny, založeno na samooplodnění (sebeoplodnění) mutantů, dokud se vyvolaný požadovaný charakter stabilně neprojeví v pokročilých generacích. Často je pro zachování příznivých vlastností nutné zpětné křížení s původním nemutovaným genotypem (část sekvence DNA buňky, která určuje její specifické vlastnosti).

Šlechtění mutací je postaveno na indukci mutací a detekci mutací. Ve srovnání s jinými šlechtitelskými technikami má mnoho výhod: je nákladově efektivní, rychlé, osvědčené a také přenosné, všudypřítomně použitelné, zdravotně nezávadné a šetrné k životnímu prostředí. Více než 3 200 mutovaných odrůd – včetně četných plodin, okrasných rostlin a stromů – již bylo oficiálně uvolněno pro komerční použití od více než 210 druhů rostlin z více než 70 zemí (Zdroj: FAO/MAAE Mutant Varieties Database).

Při šlechtění mutací hrají důležitou roli rostlinné biotechnologie

Techniky rostlinných tkáňových kultur jsou mocnými nástroji při zkracování času potřebného k vytvoření šlechtitelských mutantních linií (těch, které vždy předávají určité vlastnosti svým potomkům). To je úzký profil při využívání indukovaných mutací plodin, které jsou recesivní (v genetice, když jedna charakteristika genu se neprojeví, protože je zobrazena ta dominantnější).

Jedním z takových nástrojů šlechtění rostlin je technika zdvojení haploidu, která se týká zdvojení chromozomů organismu nebo buňky, která má pouze jednoho člena každého páru chromozomů.

Další metodou je identifikace molekulárních markerů úzce spojených s požadovanými znaky, které pak mohou být použity k rychlé identifikaci těchto znaků. Vývoj a šíření těchto molekulárních markerů má potenciál dále posílit šlechtitelské programy rostlinných mutací, zejména u hlavních potravinářských plodin, jako je rýže. 

Příklad z Pákistánu

Technika známá jako mutační šlechtění pomohla v Pákistánu od roku 1970 vyvinout 32 nových odrůd bavlny. Tamější textilní průmysl přispívá 8,5 % k hrubému domácímu produktu a tvoří 60 % exportu země. Ale klimatické extrémy, jako jsou vlny veder a rostoucí teploty, mají dopad na bavlnářský průmysl, který zaznamenal nebývalý pokles výnosů.

MAAE ve spolupráci s Organizací pro výživu a zemědělství Organizace spojených národů (FAO) spolupracuje s místními odborníky na vývoji a zavedení nových odrůd bavlny, které jsou odolnější a lépe přizpůsobené nové klimatické realitě v zemi. Nové odrůdy nyní tvoří 40 % veškeré vyprodukované bavlny, což je výrazný nárůst z pouhých 25 % před dvěma lety a z nulového výnosu v roce 2016.

„Meziroční kolísání výnosů bavlny v důsledku změny klimatu nejen negativně ovlivňuje zemědělský průmysl, ale také namáhá vývoj celého hodnotového řetězce založeného na bavlně v regionu,“ řekl Manzoor Hussain, zástupce hlavního vědeckého pracovníka a šlechtitel bavlny v Nukleárním institutu pro zemědělství a biologii (NIAB), který má na starosti projekt v Pákistánu. „Zemědělství je pro pákistánskou ekonomiku zásadní a bavlna hraje významnou roli v hybné síle ekonomiky země. Prostřednictvím jaderných technik můžeme zajistit, že tato ekonomická oblast zůstane zisková.“

Textilní a bavlnářský průmysl

Podpora a školení v oblasti šlechtění a výběru rostlinných mutací ze strany IAEA a FAO, poskytované prostřednictvím programu technické spolupráce MAAE, pomohly od roku 2016 připravit cestu pro zavedení čtyř nových odrůd bavlny. Obliba těchto odrůd po celé zemi neustále roste. „Podařilo se mi letos sklidit úrodu s výnosem vyšším o 30 % , než jaký jsem mohl dosáhnout s tradičními odrůdami,“ řekl Muhammad Ikram, farmář z okresu Bahawalnagar ležícího 500 km jižně od Islámábádu, a poznamenal, že toto vegetační období bylo obtížné pro pěstitele bavlny po celé zemi.

S cílem pokračovat v podpoře textilního průmyslu, který zaměstnává 40 % pracovní síly v zemi, pokračuje šlechtění nových odrůd bavlny. Tyto nové odrůdy mají vyšší výnos a zlepšenou kvalitu vláken, jakož i dobrou agronomickou výkonnost a adaptabilitu na změny klimatu.

Vylepšená odolnost

Spolupráce mezi NIAB, IAEA a FAO zahrnuje dlouhodobý transfer technologií a program budování kapacit. S tímto zaměřením partnerství zahrnovalo školení, workshopy a stipendia – školení pákistánských vědců v technikách šlechtění rostlin zaměřených na vývoj odrůd bavlny odolných vůči suchu a vysokým teplotám. Hlavním cílem spolupráce je budování kapacit v oblasti šlechtění rostlin na národní úrovni. Prostřednictvím školení a workshopů se znalosti upevňují. Pomocí jaderných technik byla v Pákistánu v roce 1983 uvedena na trh první nová odrůda bavlny; od té doby bylo vyvinuto celkem 16 dalších odrůd. Očekává se, že čtyři nejnovější budou v nadcházejících měsících tvořit 56 % semen vysazených po celé zemi.

Prostřednictvím této dlouhodobé spolupráce dosáhli pákistánští vědci úrovně odborných znalostí, které mohou sdílet se sousedními zeměmi, jež jsou teprve v raných fázích šlechtění mutací. Díky této kombinaci vhodných zařízení, technického know-how ve šlechtění mutací bavlny a vylepšených odrůd bavlny na poli může nyní NIAB pořádat školení IAEA pro odborníky z dalších zemí, což umožňuje návštěvám v terénu vidět jak si plodiny vedou na poli. 

Zdroje: World Cotton Day: The Role of Nuclear Science | IAEA

Mutační šlechtění | MAAE (iaea.org)

Nuclear Techniques and the Textile Industry | IAEA