Genetické dědictví

Pšenice a ječmen udržují lidskou civilizaci již více než 10 000 let a přizpůsobovaly se novému prostředí, když se zemědělství šířilo napříč kontinenty.

Nyní vědci odhalili genetické podobnosti mezi těmito starověkými plodinami, které by mohly pomoci vyšlechtit odrůdy lépe připravené odolávat suchu a dalším environmentálním výzvám.

Rekonstrukce genomů dávných rostlin

Výzkumníci z INRAE, Univerzity Clermont Auvergne a CNRS porovnali genomy 84 moderních druhů kvetoucích rostlin a zrekonstruovali 10 genomů jejich předků starých více než 200 milionů let.

Tyto rekonstruované genomy, známé jako paleogenomy, odhalují, jak byl genetický materiál uspořádán u dávných rostlin a které geny zůstaly během evoluce zachovány.

Vědci identifikovali geny, které si mezi různými druhy zachovávají podobné biologické funkce. Tyto podobnosti by mohly pomoci výzkumníkům porozumět důležitým zemědělským vlastnostem, včetně odolnosti vůči suchu, doby kvetení a produktivity.

Jejich zjištění byla zveřejněna v časopise Molecular Plant v září 2026 a navazují na související výzkum publikovaný v časopise Nature Plants v listopadu 2025.

Deset tisíc let přizpůsobování

Pšenice a ječmen byly pro tento výzkum obzvláště cenné, protože obě plodiny byly domestikovány v Úrodném půlměsíci před více než 10 000 lety. Jak se zemědělství rozšiřovalo, tyto obilniny se setkávaly s měnícími se teplotami, srážkovými režimy a podmínkami pro pěstování.

Výzkumníci porovnali 1 420 moderních odrůd pšenice a ječmene představujících genetickou rozmanitost z celého světa spolu s pozůstatky starověké pšenice starými přibližně 5 000 let.

Jejich analýza identifikovala přibližně 100 genetických variant, které byly označeny za potenciálně významné pro přizpůsobení. Odhalila také důkazy konvergentní selekce, při níž různé plodiny vyvíjejí nebo si zachovávají podobné genetické vlastnosti pod srovnatelnými environmentálními tlaky.

U pšenice tým potvrdil zapojení tří genů, které byly již dříve charakterizovány u jiných druhů rostlin. Dva ovlivňují výnos a dobu kvetení, zatímco třetí se podílí na epigenetické regulaci, která ovlivňuje aktivitu genů, aniž by měnila základní sekvenci DNA.

Sdílené geny a odolnost vůči změnám klimatu

Jedním z důležitých objevů bylo, že pšenice a ječmen vykazují překrývající se genetické reakce navzdory své odlišné evoluční historii.

Výzkumníci identifikovali známky selekce spojené se zemědělskou produktivitou a přizpůsobením environmentálnímu stresu. Zároveň však zjistili genetické rozdíly mezi populacemi z různých geografických oblastí.

Tato zjištění naznačují, že porovnávání příbuzných plodin by mohlo odhalit užitečné genetické vlastnosti, které by jinak zůstaly přehlédnuty.

Jérôme Salse, ředitel výzkumu v INRAE, vysvětlil, že zkoumání genetických změn během domestikace může pomoci identifikovat varianty, které byly opakovaně vybírány v prostředích čelících podobným klimatickým omezením. Takové poznatky by mohly podpořit šlechtitelské programy reagující na změnu klimatu.

Nové nástroje pro šlechtění plodin

Výzkumné týmy také vyvinuly dva volně dostupné nástroje, které vědcům pomáhají zkoumat evoluci rostlin. Ancestral Genome Reconstruction neboli AGR umožňuje výzkumníkům porovnávat moderní genomy a rekonstruovat genetické struktury předků.

OrthoViewer poskytuje informace o konzervovaných genech u 84 zemědělsky významných druhů rostlin. Jeho databáze obsahuje 1 142 genů, jejichž biologické funkce a zemědělský význam již byly popsány ve vědecké literatuře.

Tyto zdroje by společně mohly šlechtitelům pomoci identifikovat slibné genetické varianty a přenášet poznatky získané u jedné plodiny do výzkumu jiné plodiny.

Co bude dál

Výzkumníci rozšiřují své studie na další významné obilniny včetně rýže, kukuřice a čiroku. Přestože tato zjištění okamžitě nevytvářejí odrůdy odolné vůči suchu, nabízejí potenciální genetické cíle pro budoucí šlechtění. K určení toho, jak jednotlivé varianty ovlivňují výkonnost plodin v reálných zemědělských podmínkách, budou zapotřebí další experimenty.

Kombinací dávné evoluční historie s moderní genetickou analýzou získávají vědci nové způsoby, jak zkoumat vlastnosti, které by mohly učinit zemědělství odolnějším vůči měnícímu se klimatu.