Držitel vyznamenání Česká hlava Jaroslav Doležel: Geneticky modifikované rostliny se osvědčily

Hrách čeští zemědělci příliš v oblibě nemají. Trpí různými chorobami, a proto ho pěstují jen asi na třiceti tisících hektarech. Změnit by to mohl objev, na kterém se podíleli olomoučtí vědci. Po šesti letech přečetli jeho dědičnou informaci, což přispěje ke šlechtění nových odrůd. „Díky tomu by se mohl hrách v České republice začít opět pěstovat ve větším rozsahu,“ říká Jaroslav Doležel, vedoucí laboratoře Ústavu experimentální botaniky AV ČR, která je součástí olomouckého Centra regionu Haná pro zemědělský a biotechnologický výzkum.

Jaroslav Doležel je významný český vědec zabývající se genetikou rostlin. Je členem Vědecké rady Akademie věd ČR a předsedou Vědecké rady Grantové agentury ČR. Foto: Petra Pášová/Hanácké noviny

Spolu se zahraničními kolegy jste rozluštili dědičnou informaci hrachu setého. Co přečtení dědičné informace znamená?

Poprvé v historii má lidstvo k dispozici něco, co bychom mohli nazvat knihou života hrachu. Genom rostliny si můžeme představit jako soubor instrukcí pro její vývoj a růst od vyklíčení semene až po vykvetení a tvorbu semen, ze kterých vyroste další generace. V dědičné informaci jsou také zakódovány instrukce, které určují, zda a jak bude rostlina reagovat na nepříznivé podmínky a napadení chorobami a škůdci. Pokud jde o praktický význam, znamená to, že můžeme najít tu část dědičné informace, která odpovídá za konkrétní vlastnost. Šlechtitel si tak například může ještě před výsevem pomocí molekulárních metod ověřit, ze kterých semínek vyrostou rostliny odolné vůči určité chorobě. Tento výzkum také odhalil změny dědičné informace, které před miliony let vedly ke vzniku hrachu z předka společného i dalším druhům rostlin. Díky tomu víme, k jakým změnám dědičné informace v průběhu evoluce došlo a co rozhodlo o tom, že hrách vypadá tak, jak vypadá.

Jak se olomoucké pracoviště na výzkumu podílelo?

S účastí na tomto prestižním projektu jsme souhlasili, protože se náš tým dlouhodobě věnuje studiu dědičné informace rostlin, zejména zemědělských plodin. Zaměřujeme se především na ty, které mají složitou dědičnou informaci. Vyvinuli jsme metody, které zjednodušují analýzu složitých genomů rostlin a které nemají jiné laboratoře k dispozici. Přizvání k projektu čtení genomu hrachu nás potěšilo i proto, že zákony dědičnosti objevil právě při experimentech s hrachem Johann Gregor Mendel v klášteře augustiniánů Brně. Měli jsme tedy vzácnou příležitost po dlouhé době navázat na přelomovou práci našeho slavného předchůdce.

Pokud bychom vaši práci převedli do praxe, kdy by se hrách vyšlechtěný s pomocí molekulárních technik mohl dostat do rukou zemědělců?

Je téměř jisté, že poté, co byla tato sekvence publikovaná, už některé velké šlechtitelské firmy začaly nové poznatky využívat při šlechtění. Doba vyšlechtění odrůdy závisí na mnoha okolnostech. Minimum je několik let. V každém případě však nepochybuji o tom, že už dnes se výsledky používají.

Jak důležitou plodinou hrách setý je?

Důležitou. I když je v České republice hrách dlouhodobě nejpěstovanější luskovinou, je hendikepovaný tím, že trpí řadou chorob a jeho ekonomika nevypadá příznivě. Pro zemědělce je mnohem výhodnější pěstovat například pšenici. Hrách je však plodinou, jejíž semena jsou bohatá na bílkoviny a těch je obecně nedostatek. V kontextu boje proti geneticky upraveným organismům (GMO) je dobré upozornit na to, že pro krmení hospodářských zvířat potřebujeme bílkovinná krmiva. Sedmdesát procent se ale dováží a většina z nich je připravena z geneticky modifikované sóji. Evropa sice bojuje proti GMO, ale bez transgenní sóji bychom už ani nebyli schopni chovat hospodářská zvířata, protože bychom je neměli čím krmit. Hrách je plodinou, která by mohla částečně převzít roli sóji, musel by ale být vyšlechtěný tak, aby byl odolnější vůči chorobám a škůdcům.

Pokud bude hrách odolnější proti chorobám a škůdcům, mohl by částečně převzít roli dovážené sóji. Foto: Torli Roberts, FreeImages

To ale není jediná kladná vlastnost hrachu…

Jeho předností je i to, že umí vázat vzdušný dusík. To znamená, že při jeho pěstování méně hnojíme dusíkatými hnojivy, která musíme průmyslově vyrábět a spotřebováváme přitom hodně energie. Nevyužitá část hnojiv v půdě pak kontaminuje vodní toky a spodní vody. Pěstování hrachu také zlepšuje strukturu půdy, to je důležité. Moderní zemědělství založené na monokulturách a pěstování jen několika málo plodin a s minimem organického hnojení ji poškozuje. Do půdy s narušenou strukturou se vsakuje méně dešťové vody, chybějí v ní živiny, drobný hmyz a mikroorganismy. Dostali jsme se na průmyslovou úroveň, což je dobře, ale současně jsme bez ohledu na stav na životního prostředí eliminovali vše, co nevynáší. Umím si představit, že by v budoucnosti mohli zemědělci dostávat dotace za to, že pěstují hrách.

Uvádíte, že existují rostliny adaptované na nepříznivé podmínky, které ale nemají tak výhodné vlastnosti jako tradiční zemědělské plodiny. Mají malý nebo nekvalitní výnos. Mohla by jejich modifikace, zjednodušeně řečeno, rozšířit náš jídelníček?

Je to alternativa a zatím nevíme, jak významně přispěje k produkci potravin. Podstata této strategie spočívá v tom, vedle dalšího zušlechťování současných plodin začneme šlechtit plané druhy, které jsou odolnější vůči nepříznivým klimatickým podmínkám, chorobám a škůdcům, ale mají malý výnos a kvalitu. Tímto procesem, zvaným domestikace, vznikly i naše současné plodiny. Jenže to trvalo několik tisíc let a my na to budeme mít maximální desítky let. Na druhé straně ale máme nástroje molekulární biologie, které zemědělci nikdy neměli. Díky genetickému inženýrství jsme v principu  schopni udělat z plané rostliny rostlinu s vlastnostmi kulturní plodiny, která může jednou konkurovat současným plodinám.

Pracuje se na něčem takovém?

Jsou to všechno spíše představy, jak bychom to mohli dělat. Už ale byla publikovaná práce, kdy vědci během krátké doby dokázali modifikovat dědičnou informaci planého druhu rajčete tak, že získaná rostlina byla téměř k nerozeznání od současných odrůd. Ve Spojených státech také intenzivně zušlechťují pýr prostřední. Je to vytrvalá tráva s velmi hlubokými kořeny a plodina z ní vyšlechtěná zůstává na poli několik let bez nutnosti orby. Už dosáhli výnosu okolo jedné tuny na hektar, což je ve srovnání s pšenicí hodně málo. Ale i tak z pýru upekli chleba a uvařili pivo. Takže možná jednou budeme mít alternativu k pšenici.

Obejde se do budoucna zemědělství bez jiného přístupu a hledání nových plodin?

To vám asi nikdo neřekne. Myslím si ale, že je velmi moudré, když budeme mít na výběr. Až nastane situace, kdy to budeme nutně potřebovat, nikdo za rok novou plodinu nevytvoří. Pokud však jde o vlastní produkci potravin, není o čem mluvit. Během krátké doby nás bude na Zemi o dvě a půl miliardy víc. Budeme muset nasytit zhruba o třetinu více lidí, než je aktuální počet, ale obdělávaná plocha se nezvětší. Začíná nám dělat problémy klima, takže je opravdu nejvyšší čas mobilizovat a uvažovat o tom, jak lidstvo nasytit. Řešení ale musí být komplexní a jistě bude zahrnovat i šetření potravinami a jejich lepší distribuci.

Profesor Doležel stojí na straně genetických modifikací v zemědělství. „Neexistuje jediná spolehlivá studie, která by dokazovala škodlivost GMO,“ říká například. Foto: Petra Pášová/Hanácké noviny

Spějeme k takzvané druhé zelené revoluci?

První zelená revoluce byla založena na využití rostlin s určitými mutacemi, které měly vyšší výnos, ale jen za předpokladu lepší agrotechniky a intenzivního hnojení. To v té době nikdo neřešil a takové plodiny pěstujeme od druhé poloviny 20. století dodnes. Jenže současné tempo zvyšování výnosů nových odrůd je nedostatečné a zemědělská produkce založená na intenzívním hnojení a ošetřování plodin pesticidy není ekologicky udržitelná. Druhá zelená revoluce bude založena na využití nových technik šlechtění, pomocí kterých získáme s plodiny s novými vlastnostmi.

O ekologii v zemědělství se mluví stále častěji…

Pokud nebudou pěstované rostliny schopné lépe přijímat a využívat živiny a nebudou odolnější vůči chorobám a škůdcům, neobejdeme se bez intenzivního hnojení a ošetřování pesticidy. Proto tolik upozorňuji na nutnost nových technik šlechtění, pomocí kterých jsme schopni získat rostliny s lepšími  vlastnostmi. Bude to znít paradoxně, ale vlastně se tím přiblížíme požadavkům ekologického zemědělství. Pokud budou nové odrůdy odolné, nebudeme je muset stříkat. Ovšem zase tak snadné to nebude – i původci chorob se vyvíjejí a bude to trvalý boj, stejně jako je to například s chřipkou. Pokud se ale lidstvo smíří s tím, že to bez genetických modifikací nepůjde, pak máme nástroj, jak zátěž životního prostředí agrochemikáliemi podstatně snížit.

Zní to paradoxně, ale novými technikami šlechtění se přiblížíme ekologickému zemědělství

Rozluštění dědičné informace hrachu není vaším první úspěchem. Už předtím jste pracovali na pšenici seté a také banánovníku. Jak moc jsou banány zásadní potravinou?

Pro nás v Evropě jsou banány ovoce, ale v tropických zemích, zejména oblastech vlhkých tropů, jako je rovníková Afrika, Asie, jižní Amerika, je to jedna ze základních potravin. Jsou to však škrobové typy banánů, které mají velmi zjednodušeně řečeno ve výživě úlohu našich brambor a těstovin. Lidé jsou na nich doslova závislí. Například v Ugandě se ročně zkonzumuje více než tři sta kilogramů těchto banánů na člověka, jedí se denně a je to doslova symbol jídla. Největší nárůst populace se očekává právě v Africe, a i proto se v současné se podílíme se na projektu Mezinárodního ústavu tropického zemědělství, který je zaměřený na šlechtění banánovníku.

Jenže banánovníky, jejichž plody dovážíme, teď zužuje choroba, která je může zničit. Je tak možné, že budou nedostatkovým zbožím?

Ano, je docela možné, že jednou banány, které dnes konzumujeme a které plodí odrůda Cavendish, nebudou. Rostliny této odrůdy totiž napadá tropická rasa půdní houby srpovničky špičatovýtrusé, která ucpe cévní svazky a rostlina uschne. Tato houba, resp. její tropická rasa, se postupně rozšířila z Asie až do Ameriky a je to nejhorší, co se mohlo stát. Takto kontaminovanou půdu plantáží bohužel nelze dezinfikovat a spory houby v ní zůstávají mnoho desítek let. Obávám se, že ať se udělá cokoli, jednou budou plantáže ve střední a jižní Americe infikované. Teď máme čas na to, abychom zpomalili šíření (zatím byla tato choroba identifikovaná jen v Kolumbii) a především se snažili získat odrůdu, která tu stávající jednou nahradí. Momentálně ale taková neexistuje.

Alternativou je předpokládám opět genetická modifikace?

Ano a takový projekt už běží. Uvidíme, co rozhodne, jestli potřeba citlivou odrůdu rychle nahradit, nebo obava z GMO. Běží také klasický šlechtitelský program Mezinárodního ústavu tropického zemědělství, na kterém se podílíme. Ten je ale mnohem pomalejší než přesný zásah do dědičné informace a nikdo nezaručí, že klasickými metodami takovou odrůdu vůbec podaří získat.

Poprvé v historii má lidstvo k dispozici něco, co bychom mohli nazvat knihou života hrachu.

Jak dalekou „hudbou budoucnosti“ jsou obilniny bez lepku?

Těsto z mouky bez lepku, což je směs zásobních bílkovin zrna, by řádně nenakynulo a neupekli bychom z něj dobrý chléb. Bílkoviny tedy v zrnu být musí a jsou navíc velmi důležitou součástí naší plnohodnotné výživy. Problémem je, že u malé části populace jejich přítomnost vyvolává negativní reakce, včetně celiakie. Negativní reakci ale nezpůsobuje celá molekula bílkoviny, jen její menší část. To nabízí možnost upravit dědičnou informaci pšenice tak, aby její zrno obsahovalo změněné molekuly lepku. Z takové odrůdy by bylo možné připravit kvalitní pečivo, které by nepřinášelo negativní reakce. Tuto úpravu dědičné informace je samozřejmě možné udělat jen pomocí metod genetického inženýrství.

Zastavme se ještě krátce u pšenice. Jaká je dnes? Je stejná, jako když ji seli naši předci?

Určitě vypadá jinak, je mnohem nižší, kompaktnější, dává větší výnos, ale co se výživových hodnot týče, tak se od starších odrůd moc neliší. Mezi lidmi koluje pověra, že šlechtění pšenici zničilo a že zrna obsahují látky, které tam dříve nebyly, a které vyvolávají alergie. To není pravda, obsah zásobních látek, včetně lepku, zůstal víceméně stejný. Šlechtitelé šlechtí pšenici především na produkci mouky. Konzument je velmi konzervativní a chce, aby chleba a jiné pekařské produkty zůstaly stejné, takže složení zásobních látek v zrnech není možné významně měnit.

Je řada lidí, kterým geneticky upravené potraviny vadí a tvrdí, že jsou škodlivé. Věříte tedy, že se začne prodávat pečivo z geneticky modifikované pšenice? 

Myslím, že ano. Nálada ve společnosti se může rychle změnit. Zatím ale nezanedbatelná část veřejnosti věří, že GMO jsou škodlivé. Přitom neexistuje jediná spolehlivá studie, která by tuto škodlivost dokazovala! Geneticky modifikované plodiny se pěstují už asi na patnácti procentech obdělávané plochy celé zeměkoule. To je obrovská plocha a vlastně gigantický a dlouhodobý projekt, který nemohl dopadnout lépe. Není znám jediný případ poškození zdraví člověka po konzumaci potraviny připravené z GMO. Pěstování GMO navíc vedlo k výraznému snížení zátěže životního prostředí pesticidy. Když budeme mít pšenici, která bude vhodná i pro celiaky, možná se nálada ve společnosti změní. Firmy v USA nejsou blokované evropskou legislativou, která komplikuje pěstování GMO a už teď se v tam prodávají například jablka, která po rozkrojení nezhnědnou, pěstuje se sója, která má snížený obsah nasycených mastných kyselin a olej z ní má kvalitu olivového oleje. Možná až se jednou v Evropě probudíme, zjistíme, že genetické modifikace jsou výborná technologie. Zatím ale Evropa aspiruje na to stát se muzeem zemědělství.

Jaroslav Doležel (*1954)

Významný český vědec zabývající se genetikou rostlin, člen Vědecké rady Akademie věd ČR, předseda Vědecké rady Grantové agentury ČR, profesor. Vedoucí olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky, vědecký ředitel Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a přednášející na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Celý profesní život se věnuje základnímu výzkumu s důrazem na uplatnění jeho výsledků v praxi. V rámci Akademie věd navrhl a koordinuje úspěšný program Strategie AV 21 Potraviny pro budoucnost, ve kterém propojil týmy expertů ze šesti ústavů AV, podílejí se i univerzitní a mimouniverzitní pracoviště a organizace. V roce 2018 obdržel nejvyšší české vědecké ocenění Národní cenu Česká hlava.