Superrostliny mohou vyzrát nad suchem

Spojené státy americké postihla v roce 2012 nejhorší sucha za posledních 50 let. Rostliny, které měly být v červenci nejzelenější, byly malé a uvadlé. Výnosy byly až o 35 % nižší než normálně. Není divu, že se zvýšil zájem o geneticky modifikované rostliny, které by k životu potřebovaly méně vody. Vysoké náklady a dlouhý čas nezbytný k uvedení geneticky upravených rostlin na trh však vyvolal snahy o rychlejší způsoby řešení daného problému. To může spočívat v práci s mikrobiomem rostlin.

Mikrobiom je společenství hub, bakterií a virů, které žije v kořenovém systému každé rostliny. Rostliny žijící v extrémních podmínkách, jako jsou například svahy Mount Everestu nebo pouště v Utahu, využívají mikrobiomy k přežití ve stresových podmínkách. Rusty Rodriguez z university v Seattlu uvádí, že samotné rostliny toho nejsou schopny. Výměnou za výživu tyto symbiotické mikroorganismy pomáhají rostlinám získávat dusík z půdy a chránit je před teplem, suchem a organismy způsobujícími nemoci.

Přenést mikrobiom z rostliny odolné vůči suchu na normální rostliny

V roce 2002 Rodriguez se svými spolupracovníky studoval trávu druhu Dichanthelium lanuginosum, která roste v okolí horkých geotermálních pramenů o teplotě 70 stupňů Celsia v Yellowstonu. Když výzkumníci sterilizovali její semena, aby odstranili houby rostoucí uvnitř rostliny, známé jako endofyty, tráva již v podmínkách vysokých teplot nemohla růst. Vznikl nápad přenést mikrobiom z rostliny odolné vůči suchu do normální rostliny, která by pak možná vyžadovala méně vody.

K ověření této myšlenky byly izolovány spory z endofytů rostliny D. lanuginosum a jimi byly ošetřeny semena pšenice, která běžně roste při teplotách do 38 stupňů Celsia. Díky sporám by tato pšenice mohla růst při teplotě až 70 stupňů Celsia a potřebovala by až o 50 % méně vody než je běžné. Rovněž byly izolovány endofyty ze sůl milující dunové trávy druhu Leymus mollis a z jahodníku obecného (Fragaria vesca), který může růst i ve vysokých nadmořských výškách při teplotách jen 5 stupňů Celsia. Rostlina rýže, která byla ošetřena houbami, byla schopna tolerovat sůl a chlad. Co do vzrůstu jsou tyto rostliny pětkrát větší a potřebují jen polovinu vody než rostliny neošetřené. Výsledky výzkumu byly okamžité: do 24 hodin po ošetření začala semena klíčit a měla větší počet delších kořenů než semena neošetřená. Navíc se v nich aktivovaly geny související se zvládáním stresu a sucha. To vše naznačuje, že endofyty by mohly pomoci rostlinám odolávat období sucha, které postihlo USA. Rodriguez se domnívá, že houby jsou startéry metabolismu rostlin, i když přesný mechanismus není ještě znám.

Pomáhají houby

Zatímco pokusy geneticky upravovat rostliny jsou nákladné, časově náročné a vyžadují postupné kroky, houby aktivují vše v rámci jednoho kroku. Regina Redman, spolupracovnice Rodrigueze a jeho partnerka v podnikání, vyvinula spory ve formě prášku pro ošetření jakýchkoliv semen rostlin. Oba založili společnost Symbiogenics, která uskutečňuje zkoušky v polních podmínkách s rýží ošetřenou houbou Trichoderma, která byla izolována z dunové trávy. Houba umožňuje růst rýže v chladných podmínkách a v zasoleném prostředí. Pokud se hladina moří bude zvyšovat v důsledku změny klimatu, rostliny odolné vůči soli budou velmi vyhledávané. První výsledky výzkumu ukazují, že ošetřené rostliny mohou dosahovat výnosy o 35 % vyšší než neošetřené. Druhá zkouška v polních podmínkách se uskutečňuje s kukuřicí ve státě Michigan, který je uprostřed suché oblasti. Rodriguez se domnívá, že podle laboratorních výsledků by endofyty mohly snížit spotřebu vody, kterou kukuřice vyžaduje. Laboratorní testy navíc naznačily, že endofyty nepoškozují rostliny ve vlhkých podmínkách, na rozdíl od rostlin geneticky odolných vůči suchu, které při změně počasí rostou velmi slabě. Zemědělci tak budou mít možnost volby: buď před začátkem setby ošetří semena endofyty nebo použijí geneticky modifikovaný druh odolným vůči suchu. V současné době se provádějí pokusy s izolací endofytických hub z různých kontinentů. Pokud bude mít každý kontinent vlastní druhy, nebude nutno zavádět houby z USA do rostlin na jiných kontinentech.

Zvýšení výnosů

Jerry Barrow a Mary Lucero z New Mexico State University přenesli endofytické houby a bakterie z pouštních rostlin odolných vůči suchu Atriplex canescens a Bouteloua eriopoda do rajčat, čili a trav, které slouží jako krmivo pro dobytek. Ukázalo se, že u všech těchto plodin se výnosy zvýšily. Mary Lucero se domnívá, že by bylo efektivnější využít celé mikrobiální společenství. Rozdrtit kořeny rostlin odolných vůči suchu a jimi pak mulčovat užitkové plodiny, místo aby byly izolovány a používány jednotlivé druhy hub. Zatím se neví, kolik zde existuje mikrobů. Vzájemné vztahy mezi různými druhy mikrobů mohou být stejně důležité jako vztahy mezi mikroby a rostlinami.

V každém případě by přenos rostlinných mikrobiomů mohl být rychlou metodou ke splnění cílů organizace OSN pro výživu a zemědělství (FAO) zdvojnásobit do roku 2050 světovou produkci potravin. Rostlinní biologové totiž nevěří tomu, že se podaří splnit tento cíl pomocí genetického inženýrství. Domnívají se, že sucha, která v roce 2012 postihla USA, budou v příštím desetiletí častější. Biotechnologie nemohou působit tak rychle, aby vyřešily problematiku výživy 7 a více miliard lidí. K uspokojení poptávky po potravinách bude třeba jednat rychle. A mikrobiální společenství to zřejmě dokáže.

Podle: Sara Reardon: Superplants may beat the heat. New Scientist, 2012, č. 2875, s. 28-29.

Web: http://www.symbiogenics.org