Příběh šlechtění – genomika ve šlechtění jetele lučního

Šlechtění rostlin jako nikdy nekončící proces Šlechtění je evoluce v krátkém čase řízená člověkem. Moderní šlechtění je založeno na principech genetiky a jeho hlavním parametrem je zlepšování kvality. Musíme stále inovovat nové technologie a metody a vytvářet novinky – nové genotypy.

Jetel luční (Trifolium pratense) je významná pícnina z čeledě Fabaceae. Je dobře stravitelná, má schopnost fixovat vzdušný dusík, a tak nevyžaduje hnojení dusíkem. Cílem šlechtění jetele lučního je vedle zlepšování kvality bílkovin také zvyšování vytrvalosti, mrazuvzdornosti a rezistence k hlavním patogenům.

PRAMEDI – první odrůda jetele získaná mezidruhovou hybridizací

Jako první krok na cestě k odstranění nedostatků jetele lučního jsme využili mezidruhovou hybridizaci tetraploidní odrůdy s jetelem prostředním (T. medium), polyploidním planým druhem. Genofond planých druhů zůstává bohatý na varianty genů, které byly ztraceny během domestikace. Na počátku šlechtění byly rostliny generace F₁ po dopěstování nezralých hybridních embryí v podmínkách in vitro. V následujících letech byla získána populace rostlin volným sprášením hybridů s rostlinami výkonné odrůdy po pět generagenerací. Průtoková cytometrie umožnila opakované výběry rostlin s vyšším obsahem DNA. Hybridní charakter byl ověřen i na cytogenetické úrovni podle zvýšeného počtu chromozomů (obr. 1). Novošlechtění bylo vytvořeno na základě opakovaných hodnocení morfologických a agronomických znaků a výběrů. Po třech letech zkoušení ve státních odrůdových zkouškách byla v roce 2012 registrována nová odrůda Pramedi (obr. 2).

Krok vpřed – molekulární šlechtění

Šlechtění samozřejmě nemůžeme přenést z pokusných pozemků do laboratoře a zkumavek, ale analýza DNA je cesta, jak vybírat požadované kombinace genů, jak šlechtění výrazně urychlit a zefektivnit. Zda je možné využít genomické postupy, založené na poznání genomu, i ve šlechtění jetele, jsme chtěli ověřit v rámci projektu Ministerstva zemědělství ČR. Genom jetele nebyl doposud popsán (osekvenován).

Genomy obou rodičovských druhů jsme proto osekvenovali rychlou metodou sekvenování nové generace (Illumina), která nám umožnila mnohonásobné pokrytí obou genomů velkým počtem krátkých fragmentů DNA, řádově 109. Bioinformatickými metodami, tedy s využitím vhodných softwarů, jsme z krátkých překrývajících se fragmentů poskládali větší úseky, které je možné analyzovat. I když genom ještě není celistvý, získali jsme z něj řadu informací. Pomohla nám i srovnávací analýza s genomy již osekvenovaných druhů (obr. 3; převzato Ištvánek et al.: Am. J. Bot. 101, 327–337, 2014). Jak jsme využili získané poznatky genomiky ve šlechtění jetele? Je to např. tvorba velkého počtu DNA markerů, jakýchsi značek v genomech, umožňujících hledání genetických vazeb s geny; našli jsme sekvenční rozdíly ve významných genech obou jetelů. Šlechtění zaměřené na kombinaci více důležitých genů najednou směřuje k vývoji DNA čipu, který obsahuje krátké sondy k mnoha vybraným sekvencím cílových genů. Směřujeme k výběru introgresních linií s komplexem zlepšených užitkových znaků. Záleží na nás, jak budou nové postupy efektivní (i finančně) a zda se dostanou i do praktického šlechtění.