Zvětšit obrázek

Tým z University of Nebraska – zleva doprava Mark Behrens, sadbami Chakrabortyová a Don Weeks. Před nimi je tabák rezistentní k dicambě.

Tým vědců vedených Donem Weeksem z University of Nebraska v americkém Lincolnu zveřejnil v prestižním vědeckém časopise Science výsledky několikaletého výzkumu, který přivedl na svět první generaci geneticky modifikovaných plodin odolných k herbicidu dicamba. Příslovečnou první vlaštovkou se stala sója.

Zvětšit obrázek

Dicamba

Dicamba patří k „auxinovým“ herbicidům. Jeho účinky jsou podobné s působením nadměrného množství rostlinného hormonu kyseliny indolyl-3-octové. Používá se už více než 40 let na plevele z řad dvouděložných rostlin. Výskyt rezistence k dicambě je velmi vzácný. Po chemické stránce je tento herbicid poměrně stabilní. V přírodě je ale rychle rozkládán především půdními mikroorganismy. Vznikají přitom neškodné sloučeniny, jako je oxid uhličitý a voda. Poločas aktivity se uvádí od jednoho do šesti týdnů. Jednou z mála nepříjemných vlastností dicamby je její těkavost. Z ošetřených pozemků se může dostávat do ovzduší a putovat v účinných koncentracích na vzdálenost až půl kilometru. Desetiletí zkušeností s tímto herbicidem ale neukázalo, že by jeho těkavost představovala zásadní problém.

Weekesův tým se pokusil získat rostliny, které by dicambě odolávaly. Vědci k tomu využili schopnost mnoha bakterií účinně herbicid rozkládat. Použili gen, který v půdní bakterii Pseudomonas maltophilia kóduje enzym dicamba monoxygenázu (DMO). Tento enzym rozkládá dicambu na neúčinný metabolit – kyselinu 3,6-dichlorsalicylovou. Bakterie využívají jako donor elektronů pro tento rozklad ferredoxin, který se nápadně podobá molekulám ferredoxinů z chloroplastů vyšších rostlin. Proto byl gen upraven tak, aby se molekula DMO v buňkách rostliny transportovala do chloroplastů. Vědci si od toho slibovali zvýšenou účinnost rozkladu dicamby.

Zvětšit obrázek

Dnes se na 90% plochy sóji v USA pěstuje sója odolná ke glyfosátu (znám jako Roundup). Do čtyř let by se mohly tyto plochy střídat s osevy sóji odolné k dicambě. To by výrazně snížilo riziko vzniku rezistentních plevelů.

První pokusy proběhly na modelové laboratorní rostlině huseníčku Thalově. Pak Weeks a spol. pokračovali na rajčatech a tabáku. Všechny rostliny byly zvoleny proto, že se u nich dá celkem snadno provádět přenos genů. V žádném případě nebylo cílem experimentů získat dicamba-rezistentní rajče pro konzumní účely. Experimenty skočily úspěchem. Ve sklenících ničila dicamba geneticky nemodifikované rostliny už v dávkách 0,017 kg na hektar. Rostliny, které měly dědičnou informaci obohacenou o bakteriální gen DMO, vzdorovaly i dávkám 5,6 kg dicamby na hektar.

Zvětšit obrázek

Květy sóji odolné k dicambě nebudou zdrojem pylu, který by gen pro rezistenci přenášel na jiné rostliny.

Přitom se ryze náhodou ukázala podivuhodná vlastnost genu pro DMO. Funguje velmi dobře i v případě, že je zabudován do dědičné informace chloroplastu. Vědci získali tabáky, které nesly gen jen v chloroplastech a podrobili je tvrdé zkoušce dicambou. Tabáky snášely bez větších potíží dávky 224 kg dicamby na hektar. Záhy se ukázalo proč. Chloroplasty dokážou zvýšit produkci DMO na čtyřicetinásobek ve srovnání s geny vnesenými do jaderné dědičné informace. Z praktického hlediska přináší tento fakt hned několik výhod. Kromě zvýšené odolnosti rostlin je při přenosu genu do DNA chloroplastů vyloučen přenos genu s pylem, protože pylová zrna DNA chloroplastů nepřenášejí.

Když se strategie tvorby rostlin rezistentních k dicambě ukázala jako schůdná, přistoupili vědci k tvorbě rezistentní sóji. Použili dvě odrůdy- Thorne a NE3001- a vytvořili rostliny rezistentní k dicambě. Ve skleníkových podmínkách byla úspěšně odzkoušena dávka 5,6 kg herbicidu na hektar, v polním pokusu prokázala GM sója odolnost k dávce 2,8 kg dicamby na hektar. Vyšší dávky nebyly testovány z ekologických důvodů.
Dicamba-rezistentní sója s genem pro DMO v chloroplastové DNA byla po tři roky  s úspěchem testována v polních pokusech. Výsledky jsou natolik přesvědčivé, že licenci koupila americká společnost Monsanto. Ta počítá, že by mohla uvést komerční linie dicamba-rezistentní sóji na trh během 3 až 4 let.

Zvětšit obrázek

Gen DMO pro rezistenci k dicambě nesou chloroplasty.

Pokud se to podaří, nabídne se pěstitelům sóji zajímavá možnost boje s rezistencí plevelů k herbicidům. Budou moci střídat sóju rezistentní ke glyfosátu se  sójou rezistentní k dicambě. To znamená, že plevele, které by si vyvinuly rezistenci ke glyfosátu budou při dalším pěstování sóji zničeny dicambou a naopak.
Není to zdaleka poslední GM plodina rezistentní k novým herbicidům. Rozšiřovat se bude jak spektrum plodin tak i spektrum rezistencí.
„Může vyšlechtit plodinu rezistentní k jakémukoli herbicidu,“ řekl DonWeeks v rozhovoru pro vědecký týdeník Science.
Monsanto se připravuje ke kombinaci většího počtu různých rezistencí v jedné rostlině. Ty lze získat křížením výchozích linií s jedním typem rezistence. Tuto strategii uplatňují i další společnosti působící na trhu s osivem GM zemědělských plodin, např. Pioneer HiBred nebo DuPont. „Nádavkem“ budou tyto „několikanásobně rezistentní“ plodiny geneticky modifikovány i tak, aby odolávaly škůdcům či suchu, měly vyšší výnos nebo lepší nutriční hodnotu.

Pramen: Science