Každý rok se ztratí miliardy dolarů za úrodu kvůli předčasnému klíčení (PHS), kdy zrna a semena začnou na rostlině klíčit před sklizní. Tento jev, vyvolaný teplým a vlhkým počasím, ohrožuje kvalitu úrody a zhoršuje globální problémy se zabezpečením potravin. Nový výzkum vedený vědci z Carlsberg Research Laboratory v Dánsku však identifikoval genetický mechanismus, který řídí, kdy ječmen klíčí, a potenciálně nabízí řešení tohoto rozšířeného problému.
Kořeny problému: domestikace a dormance
PHS není přirozený jev; je to důsledek zemědělských postupů. Když první farmáři domestikovali ječmen, upřednostňovali plodiny, které po zasetí rychle klíčí. To vyžadovalo zkrácení přirozené dormance semen, životně důležitou pauzu, která brání klíčení, dokud nenastanou ideální podmínky. I když tato praxe umožňuje rychlejší sázení a potenciálně dvě sklizně za rok, vytváří značnou zranitelnost: pokud se počasí před sklizní náhle stane neobvykle teplým a vlhkým, celá plodina může začít předčasně rašit. To činí zrno nevhodným pro skladování nebo zpracování, což negativně ovlivňuje jeho hodnotu pro potravinářské i pivovarské účely.
Odhalení genetické kontroly: Role MKK3
Pro studium příčin PHS se výzkumníci zaměřili na MKK3, gen, o kterém je již známo, že ovlivňuje dormanci semen ječmene a dalších obilných plodin. Provedli komplexní analýzu DNA více než 1000 odrůd ječmene získaných z farem a semenných bank po celém světě. Studie také zahrnovala pěstování různých typů ječmene na polích během několika sezón, přičemž byla polovina rostlin záměrně vystavena podmínkám, které pravděpodobně spustí PHS. Prostřednictvím srovnávací analýzy nemocných a zdravých zrn, stejně jako laboratorních studií zkoumajících genovou expresi a aktivitu proteinů, byli vědci schopni určit, jak geny MKK3 přímo ovlivňují dormanci semen.
Několik verzí MKK3 kontroluje dormanci semen
Studie publikovaná v Science odhalila zásadní objev: dormance semen není řízena jednou verzí genu MKK3, ale spíše více verzemi. Divoký ječmen má pouze jednu kopii tohoto genu, zatímco domestikované odrůdy jich mají několik. V souladu s tím, čím více genů MKK3 rostlina ječmene má, tím silnější je signál klíčení, což vede ke kratším obdobím dormance.
Starověké zemědělské postupy utvářely genetickou rozmanitost
Vědci také zkoumali, jak se tyto různé varianty MKK3 šíří v průběhu času v reakci na klimatické podmínky a potřeby starých farmářů. Některé “hyperaktivní” odrůdy byly vybrány farmáři v severní Evropě, kteří oceňují jejich vynikající sladovnické kvality. Naproti tomu jiné, méně aktivní odrůdy, které podporují vyšší dormanci, byly upřednostňovány zemědělci ve vlhkém podnebí, jako je východní Asie, kde pomáhaly plodinám přežít monzunová období.
Budoucnost klimaticky odolného ječmene
Tyto objevy otevírají cestu moderním šlechtitelům k vývoji odrůd ječmene přizpůsobených specifickým regionům a klimatickým podmínkám. >Naše práce ukazuje, že pochopení genetické složitosti dormance semen může šlechtitelům pomoci vyvinout ječmen, který je produktivní i odolný vůči klimatickým změnám. Selektivním křížením odrůd s vhodnými variantami MKK3 mohou zemědělci pěstovat plodiny, které jsou jak vysoce výnosné, tak méně náchylné ke škodlivým účinkům předčasného klíčení. Tento výzkum je významným příslibem pro zlepšení globální potravinové bezpečnosti a podporu udržitelných zemědělských postupů.
