V roce 2010 se má vyšplhat světová spotřeba dřeva na 19 miliard kubických metrů a ve srovnání s dnešním stavem stoupne o plných 20%. Pokud chceme zachránit nenarušené lesy budoucím generacím, musíme přestat kácet v panenské přírodě a začít pěstovat stromy intenzivním lesním hospodářství. Stávající smrky, duby nebo sosny  se však k něčemu takovému nehodí. Příroda je vybavila tak, aby s co nejmenší námahou dosáhli co nejvíce.  

„Strom by nejradši narostl s co nejtenčím kmenem a nejvíce živin by věnoval na růst listí a semen,“ říká americký biolog Toby Bradshaw z University of Washington. „Lesník si ale přeje co nejvíce dřeva v kmeni, co nejméně hmoty ve větvích a listech a pokud možno co nejméně květů a semen.“

Světová spotřeba dřeva stoupne do roku 2010 o plnou pětinu. Otázka nezní, „kde brát a nekrást“, ale „kde brát a nechat lesy být“.

 Stromy vytvářejí až jednu třetinu dřevní hmoty v kořenovém systému, což je z dřevařského hlediska od stromu bohapusté mrhání silami. Navíc jsou stromy samotáři, kteří se v hustých porostech táhnou za světlem a mají pak tenčí a dřevařsky méně cenné  kmeny. Toby Bradshaw chce proto  získat metodami genového inženýrství  „superstromy“, které se „budou se podobat svým předkům asi tak, jako se podobá pšenice planě rostoucím trávám“. Měly by mít tlusté kmeny s minimem větví a listí. Také by neměly mrhat energií na kvetení a tvorbu semen. A v neposlední řadě by si libovaly ve „skrumáži“ hustě osázených plantáží.

Pěstování takových superstromů na plantážích slibuje celou řadu výhod. Americký ekonom David D. Victor si od něj slibuje obrat  v produkci nebezpečných skleníkových plynů stojících v pozadí nezadržitelně postupujícího globálního oteplení. Kácené deštné lesy jsou zdrojem oxidu uhličitého, protože na vymýcených holinách se pálí obrovské množství dřevní hmoty. Když dřevo pralesních stromů nahradí produkce plantáží se superstromy, budou tropické lesy dále růst, hltat oxid uhličitý z atmosféry a ukládat jej v podobě organických sloučenin do dřevní hmoty.  Další oxid uhličitý vychytají z ovzduší dravě rostoucí superstromy na plantážích.

            Dřevařské firmy lákají k pěstování geneticky modifikovaných stromů na plantážích i zcela zištné důvody. Dřevo geneticky pozměněných stromů z plantáží by mohlo být například  o poznání vhodnější pro výrobu papíru. Ročně stojí odstraňování ligninu z dřeva při výrobě papíru a buničiny 20 miliard dolarů. Jejich snem je proto dřevo se silně sníženým obsahem této přirozené  komponenty. Biologové z Michigan Technological University gen zodpovědný za tvorbu ligninu nalezli a pracují na jeho vyřazení z funkce u vybraných druhů stromů. Jinou taktiku zvolili biologové z North Carolina State University. Ti našli v lesích mezi borovicemi mutanty, kteří mají v důsledku poškození některých genů snížený obsah ligninu v dřevě. Pro pěstování na plantážích se však  přírodní mutanti nehodí, protože z nich poškození genu činí neduživé chudáky.

Geneticky modifikované osiky mají o 45% méně ligninu a zároveň rostou rychleji, než normální stromy tohoto druhu (vlevo).

             Stromů ve volné přírodě by se tyto genetické proměny neměly dotknout.  Biologové hledají geny, které by nedovolily superstromům produkovat pyl. Zabránilo by se tak nežádoucímu křížení „divokých“ stromů se superstromy z plantáží. Výsledky těchto pokusů sledují s napětím i alergologové, kteří by rádi viděli nekvetoucí stromy v městské zeleni. Výrazně by se tak ulevilo lidem alergickým na pyly.

             Laboratoře v plamenech

Klasické šlechtění na vytvoření „superstromů“ nestačí. Pomohou jen přesně cílené zásahy do dědičné informace dřevin metodami rostlinných biotechnologií a genového inženýrství. A tady vstupují vědci na neprobádané území.  Dosavadní poznatky genových inženýrů  získané při pokusech s jednoletými bylinami tu mají jen omezenou platnost. Organismus stromu musí bezvadně fungovat desítky i stovky let, a proto v něm  běží řada pochodů zcela zvláštními cestičkami.

„Stromy jsou vlastně obrovské hromady jedů,“ upozorňuje biolog Steve Strauss z Oregon State University. „Jsou odsouzeny stát desetiletí na jednom místě a přitom se nesmějí nechat sežrat. Aby to zvládly, musely se u nich vyvinout zcela jiné geny, než jaké zajišťují krátký život bylinám.“

Lidstvo už přečetlo kompletní dědičnou informaci rýže a modelové rostliny huseníčku Thalova (Arabidopsis thaliana), ale odtud zřejmě lesničtí genetici budou čerpat jen velmi málo potřebných údajů.  Čtení  vlastní dědičné informace stromů zase naráží na její gigantické rozměry. Dědičnou informaci borovice Pinus taeda tvoří 20 miliard písmen genetického kódu (lidský genom tvoří něco málo přes 3 miliardy „písmen“). Přesto pod tlakem naléhavé potřeby odstartovaly první projekty na čtení dědičné informace stromů, např. topolu.  Americký topol Populus balsamifera má ve své dědičné informaci „jen“  550 milionů písmen genetického kódu a jeví se tedy jako velmi vhodný kandidát. Navíc jsou biotechnologické postupy u rodu Populus zvládnuty na velmi dobré úrovni a „nedrhnou“ na základních úskalích  jako biotechnologická kouzla s jehličnany. Ale ani jehličnany nezůstávají stranou zájmu „čtenářů genů“ a v současné době už se rozběhlo „čtení“ gigantického genomu americké borovice Pinus taeda.

Borovice Pinus taeda je bezesporu krásný strom. Genetiky láká především její   genom.

Další „hvězda“ na poli genomiky stromů – americký topol Populus balsamifera

 Kromě technických potíží se realizaci snů o stromech budoucnosti staví  do cesty i zarytí odpůrci genetických modifikací. Bradshaw se o tom přesvědčil  21. května 2001, když jeho pracovna a laboratoře v americkém přístavním městě Seattlu lehly popelem po úmyslně založeném požáru, který policie dones nevyšetřila. Spolu s Bradshawovou laboratoří shořely i s přilehlé budovy Centra pro městkou zeleň a škoda přesáhla 5 milionů dolarů.  Ke žhářství se přihlásili členové hnutí Earth Liberation Front (ELF). 

„Vypouštěl do životního prostředí mutantní geny, které zcela jistě nenávratně poškodí lesní ekosystémy,“  tvrdili „elfové“ v dokumentu, kterým se přihlásili ke žhářskému útoku.

Toby Bradshaw je ekologickým teroristům trnem v oku. V květnu 2001 mu vypálili laboratoře do základů.

       

Zachrání genoví inženýři americký kaštanovník?

Rakovina kaštanovníků se začala šířit světem celkem nenápadně. Jako první si ji všiml  v létě roku 1904 lesník Hermann Merkel u jednoho z kaštanovníků rostoucích u vstupu do newyorské zoo.  Zvláštních „vřed“ se po kůře stromu šířil, nakonec obkroužil celý kmen a strom zahubil. „Vraha“ kaštanovníku -  asijskou houbu sírovku cizopasnou  (Cryphonectria parasitica) – považovali fytopatologové nejprve za pouhou raritu. Jenže houba se šířila Amerikou a hubila kaštanovníky napotkání. Na sklonku první světové války byly porosty kaštanovníků v USA zdevastovány. Choroba začala napadat i další stromy a i těm hrozí vyhynutí. Před druhou světovou válkou se dostala i do Itálie a začala se šířit Evropou.

Americký kaštanovník zubatý (Castanea dentata) z amerických lesů i parků nenávratně mizí. Zachránit by jej mohly genetické modifikace, které by mu dodaly na odolnosti vůči parazitické houbě.

  

Tzv. rakovinu kaštanovníků vyvolává houba sírovka cizopasná zavlečená do Ameriky na přelomu 19. a 20. století z Asie. Na snímku je vidět postupující nákaza houbou jako načervenalá oblast na větvičce kaštanovníku.

 Snahy o záchranu amerického kaštanovníku vyústily v roce 1983 v pokusy s křížením amerického kaštanovníku zubatého (Castanea dentata) s jeho asijským příbuzným Castanea mollissima. Vzniklí hybridi by měli získat trojici genů, které propůjčují asijskému kaštanovníku odolnost k houbě, a následným zpětným křížením hybridů s kaštanovníkem zubatým by měly být „asijské“ gen s výjimkou spásného tria z dědičné informace hybridů „odmyty“.  Je to ale nesmírně zdlouhavý postup, který slibuje výsledek až po ověření mnoha generacích kašatanovníku. Generační interval kaštanovníku je srovnatelný s generačním intervalem člověka a to postupu šlechtění a selekce na rychlosti nepřidá. Kýžené urychlení  nabízí genové inženýrství. Zdá se, že by stačilo vpravit geny pro odolnost vůči houbě do dědičné informace vymírajících  amerických stromů. Zřejmě by se nemusly přenášet tři geny z Castanea mollissima, ale stačil by jediný gen OXY izolovaný z huseníku.  Ani to nebude jednoduché.

„Kaštanovník nesnáší zásahy do dědičné informace,“ přiznává Charles Maynard, biolog  ze State University of New York.

Vědci svůj zápas o záchranu kaštanovníku nevzdávají. Ani se sazenicemi odolných kaštanovníků v ruce to nebudou mít snadné. Kaštanovník bude jen těžce dobývat ztracené pozice, protože jeho místo v lesích už zabraly jiné stromy, hlavně duby. Někteří badatelé pochybují, že  se kaštanovník v této konkurenci prosadí.

 Jak se přenášejí geny stromům?

            „Kolečko“  vykrojené z listu stromu nebo jinou část organismu stromu namočí vědci do živného roztoku plného bakterií Agrobacterium tumefaciens. Ta je od přírody uzpůsobena k přenášení vlastní dědičné informace do buněk rostlin. Když genoví inženýři bakterii její geny „vykuchají“ a místo nich jí „podstrčí“ gen, který chtějí vpravit do stromu, zachová se bakterie jako „trojský kůň“ - propašuje podvržený gen do dědičné informace buněk v kousku listu. Pak se „kolečko“ ponoří do roztoku, v němž hynou všechny buňky, jimž bakterie „podstrčený“ gen nenadělila. Z buněk, které přežily, vypěstují vědci na speciální živné půdě malé klíčky. Ty jsou nakonec přesazeny do květináčků, kde dorostou v sazeničky stromů nesoucích v dědičné informaci „podstrčený“ gen.

 

Už jsou tam! Bakterie Agrobacterium tumefaciens pronikají jako trojští koně do listu, aby tam doručily podvržený genetický náklad.

 

Z jednotlivých buněk lze v laboratorních podmínkách vypěstovat sazeničky stromů požadovaných vlastností.