Do roku 2050 bude ľudstvo čeliť výzve 50% nárastu spotreby jedla, aby nakŕmilo narastajúcu svetovú populáciu. Cesta poľnohospodárstva odolného voči stresu by mohla byť jednou z možností na dosiahnutie tohto cieľa. Problémom je, že krajiny zápasia s dôsledkami klimatických zmien (suchom, vyššou slanosťou pôdy), pričom ľudstvo sa musí stále spoliehať na to, že plodiny budú prosperovať napriek nestálosti prostredia.
Biológovia z Oxford University však objavili v rastlinnej bunke gén, vďaka ktorému naozaj môžu zvýšiť odolnosť rastlín v laboratóriu tak, aby prekvitali aj napriek nehostinným podmienkam.

Výskum publikovaný v časopise Current Biology sa zaoberá génom známym ako SP1, ktorý sa nachádza v zložení všetkých rastlín, a má regulačnú funkciu vo fotosyntéze.

Rastlinný genetik a biochemik Martin Hajduch ale upozorňuje, že klimatické zmeny nie sú jediným problémom, s ktorým sa poľnohospodárstvo stretáva. V prvej fáze podľa neho treba zefektívniť poľnohospodárstvo a výnosy v málo rozvinutých krajinách, pretože nedostatok potravín je v rozvojových krajinách často zapríčinený práve neefektívnym poľnohospodárstvom či používaním zastaraných metód a techník pestovania plodín. Druhá fáza podľa vedca spočíva práve vo výskume na zvýšenie odolnosti rastlín, napríklad voči suchu alebo rôznym škodcom. „Pri tomto úsilí sa používa jednak klasické šľachtenie ale aj genetické úpravy. Tu treba podotknúť, že v princípe sa jedná o ten istý proces. Pri klasickom šľachtení prebieha nekontrolovaný prenos génov z jednej rastliny do druhej. Pri genetických úpravách (transformáciách) nastáva cielený prenos génov aktívnych pri ochrane rastlín. Napríklad ak sa genetikou manipuláciou zvýši aktivita génu z uvedenej štúdie, výsledná geneticky upravená rastlina bude mať zvýšenú odolnosť voči stresu,“ vysvetľuje Martin Hajduch.

Môže za to fotosyntéza

Priebeh fotosyntézy je závislí na chloroplastoch v bunkách rastlín, ktoré aby pracovali, potrebujú prítok proteínov. A tento druh bunkovej dopravy má za úlohu kontrolovať práve gén SP1.  

„Každý aktívny gén v DNA má svoju funkciu, a je rovnako významný. Je zaujímavé, že väčšina proteínov, ktoré pôsobia v chloroplastoch, je syntetizovaných v iných častiach bunky a potom sú do chloroplastov transportované,“ uvádza Martin Hajduch.
Keď sú rastliny v strese, dochádza k zlyhaniu vo fotosyntetickom procese.  Jedným z nežiaducich následkov pri procese fotosyntézy za príliš stresových podmienok je nadprodukcia toxických molekúl nazývaných „reaktívne formy kyslíka“. To spôsobí hromadenie toxických látok v „napätej“ rastline a vedie k jej predčasnej smrti.

„Tento gén spomaľuje import do chloroplastov a tým zoslabuje fotosyntetickú aktivitu rastliny vystavenej stresu. Takto sa redukuje možné poškodenie systému. Táto štúdia tiež ukázala, že zvýšením expresie tohto génu nastala zvýšená tolerancia rastliny voči stresu,“ vysvetľuje rastlinný genetik.

Paul Jarvis, vedúci štúdie a autor, spolu s kolegom, postdoktorandským vedeckým pracovníkom Qihua Ling, testovali túto myšlienku vytvorením podmienok, ktoré simulovali vysoký obsah soli a sucha. Následne porovnali odozvy na tieto podmienky u troch rôznych skupín žeruchy: normálnej divokej žeruchy, žeruchy s nedostatkom SP1 a tretej rastliny, ktorá obsahovala nadmieru génu. „Zistili sme, že rastliny s vysokou úrovňou SP1 boli viac tolerantné k niekoľkým rôznym stresovým vplyvom," vysvetľuje Jarvis. V týchto rastlinách, obsahujúcich nadmieru SP1 génu, prebiehala fotosyntéza pomalšie a tým pádom „vystresované“ rastliny produkovali menej toxínov a boli flexibilnejšie voči vplyvom životného prostredia.

Existuje šanca, že rastliny môžu „obchodovať“ s fotosyntézou kvôli prežitiu, pretože potenciálne ohrozuje ich celkovú produktivitu. Gén SP1 ale funguje spôsobom, ktorý stále nie je plne pochopený, a podľa Paula Jarvisa je možné, že jeho schopnosť reagovať zosilnie iba v čase krízy. Zároveň vedec upozorňuje, že existujú uskutočniteľné spôsoby znižovania tohto potenciálneho kompromisu – napríklad upraviť rastliny tak, aby sa gén SP1 aktivoval iba v prípade, keď sú pod tlakom.

Výskum sa momentálne nachádza v prípravnej fáze, ale v budúcnosti by mohol byť súčasťou skupiny nástrojov,  ktoré umožnia ľudstvu vytvoriť silnejšie a klimaticky odolnejšie plodiny. To predstavuje výzvu pre poľnohospodárstvo, ak by sme čelili hroziacemu nebezpečenstvu pri znížení výnosov.

Vedci teraz uplatňujú svoj objav aj na iných rastlinách, ako sú paradajky, kaleráb, pšenica, či ryža. Posledné dve potraviny sú obzvlášť dôležité, pretože sú základnými plodinami pre miliardy ľudí po celom svete.

Záhradka v Černobyli

Aj slovenskí výskumníci sa venujú problematike odolnosti rastlín. „ Náš výskum v Černobyle sa zaoberá práve tým ako sa poľnohospodárske plodiny stali odolnými voči takému nehostinnému prostrediu aké v Černobyľskej rádioaktívnej oblasti panuje,“ vysvetľuje Martin Hajduch. Na Slovensku sa jeho kolegovia z univerzít, alebo Slovenskej akadémie vied venujú odolnosti rastlín voči „normálnejším“ stresovým prostrediam ako napríklad sucho, alebo odolnosť voči rôznym škodcom. Napríklad na Ústave genetiky a biotechnológií rastlín SAV, sa vedci zaoberajú základným výskumom mechanizmov, ktorými sa rastlina bráni voči stresovým faktorom. Tieto poznatky sa dajú využiť pri cielenej genetickej úprave rastlín. Ďalší výskum sa zameriava na bezpečnosť geneticky upravených rastlín.

Prinesie pestovanie plodín v budúcnosti nejaké zásadné zmeny? Podľa Martina Hajducha nebudú rapídne. Budeme mať k dispozícii geneticky upravené odrody poľnohospodárskych plodín, ktoré budú rezistentnejšie voči rôznym ochoreniam a budú vedieť efektívnejšie prijímať živiny z pôdy. „Tým pádom sa budú menej používať chemické postreky a umelé hnojivá. Takže v konečnom dôsledku poľnohospodárstvo budúcnosti bude vďaka geneticky upraveným plodinám ekologickejšie. Náznak takéhoto vývoja môžeme už teraz vidieť v USA“, dodáva vedec.