Mnozí z nás si vybaví čtvercovou síť, do které jsme vyplňovali malá a velká písmenka alel hrachu a poté počítali, kolik rostlinek bude mít květy růžové a kolik bílé. Základy genetiky nás všechny potkaly na základní škole, pak snad i na střední. Genetika na vysoké se řadí již mezi předměty, které často rozhodují, jestli vůbec student postoupí do dalšího ročníku. To vše je ve srovnání s prací šlechtitele jen zlomek obrázku o šlechtění a dědičnosti. A Gregor Mendel, brněnský přírodovědec, zakladatel genetiky a objevitel základních zákonů dědičnosti by byl ve druhé polovině 19. století při svých pokusech právě s hrachem určitě potěšen při myšlence na to, jak se i o 150 let později bude řada šlechtitelů snažit křížit různé druhy všech možných plodin. Člověk ve své podstatě jen dělá to, co již vymyslela příroda a pouze usměrňuje směr evoluce žádoucím směrem.

Prim hraje pšenice

Pšenice je žádoucí plodinou a z hlediska potravinové soběstačnosti strategickou. Pravděpodobně byla i první domestikovanou plodinou vůbec, již před 8000 lety. V řadě zemí udržuje obyvatelstvo mimo úroveň hladomoru. Pěstuje se na největších plochách – 220 mil. ha a kromě Antarktidy opravdu všude. Zajímavostí je, že právě rozdílné nadmořské výšky umožňují například v Mexiku pěstování dvou generací za rok. První se pěstuje v úrodných nížinách pod umělou závlahou a druhá v hornatých oblastech. Existuje velké množství odrůd, které se svými vlastnostmi přizpůsobují rozdílným podmínkám pěstování. Také by se dalo říci, že každý den v roce je někde na světě pšenice sklízena. Ve spotřebě pšenice dominuje Evropa a možná překvapivým faktem je umístění Číny na druhém místě.

Celý svět řeší snad největší problém současnosti, a to je potravinová bezpečnost zajištěná dostatečným množství potravin. Počet obyvatel neustále roste – samozřejmě zároveň s poptávkou po obživě. Proto se šlechtění musí orientovat na odrůdy, které budou schopny plodit i za extrémních podmínek, stabilně každý rok i při výskytu různých abiotických a biotických stresů a bude možné vyprodukovat stejné či větší množství i na zmenšující se ploše, protože jak víme, orné půdy neustále ubývá. Ztrácíme ji zatopením, zastavěním, kontaminací a zkrátka i změnou klimatu. Výzvou pro pěstitele tak je různé zasolení půd, eroze, závlahové systémy, těžba či sucho. K tomu patří i produkce hnojiv, z nichž některé pocházejí z  neobnovitelných zdrojů. Šlechtitelé pak stojí před těmito cíli – výnosem a výnosovou stabilitou, kvalitou, odolnosti proti stresům. Až do konce 19. století šlechtění v podstatě sestávalo z předávání odrůd z generace na generaci bez hlubšího vědomí o tom, na jakých principech dědičnost a přenos žádoucích znaků funguje. Až objevením Mendelových zákonů dědičnosti začalo být šlechtění bráno jako odvětví vědecké a celé následující 20. století je o zlepšování a zpřesňování způsob šlechtění a výběru nových genotypů a odrůd. Začíná se využívat křížení, selekce, zjišťování parametrů, hybridní a mutační šlechtění, tkáňové kultury, ale i geneticky modifikované organismy, markerem asistovaná či genomická selekce, které již patří mezi ty nejmodernější metody. Rozvoj šlechtění byl velmi bouřlivý stejně jako byl rychlý nástup moderních metod medicíny a dalších odvětví.

Z Pyšel do Stupic a rozšíření stanice

Historii šlechtitelské stanice v krátkosti představil její vedoucí Radovan Skala. První historie šlechtění ve Stupicích sahá do roku 1920, kdy firma Selekta zvětšuje rozsah pěstovaných a zkoušených plodin a hledá i lepší a kvalitnější půdy. Z Pyšel se tedy přesouvá o 30 km blíže k Praze. Další přestavby a rozšiřování je již v roce 1929, 1937 – 1939 a současnou podobu dostává v letech 1977 – 1981. Dříve šlechtění prováděl Výzkumný ústav obilnářský v Kroměříži a od 1. ledna 1993 vzniká ve druhé vlně kuponové privatizace již Selgen jako akciová společnost. Radovan Skala také připoměl, že šlechtění je práce zdlouhavá a náročná, jak finančně, tak i po fyzické stránce, která představuje ruční práce na polích, selekci, bonitaci i sklízení a zároveň je nezbytné držet krok i se západem. Česká republika může být na své úspěchy na tomto poli hrdá – stále si drží vysokou pozici i v zahraničí a české odrůdy se pěstují po celém světě.

Šlechtění pšenice – doména Stupic

Ve Stupicích je šlechtění založeno na hlavní metodě tzv. výběru. Dříve se využíval výběr z krajových populačních odrůd (např. pšenice ozimá Chrudimka nebo ječmen Hanák), dále výběr ze směsí linií odrůd (pšenice ozimá Pyšelka či oves Český žlutý a jarní pšenice Vouska). Tím, že se vybíralo jen z těchto odrůd, zdroje začaly docházet – populace postupně zanikaly a ztrácely se. Logicky musel nastoupit nový způsob k dosažení zvýšení variability. K němu docházelo křížením jednotlivých odrůd mezi sebou. První odrůdou z křížení se stala Stupická bastard, která vychází z České přesívky a Nerezavé pšenice. Již tehdy šlechtitelé sledovali odolnost k chorobám. Následovaly další a další odrůdy. Postupem času začala být potřeba nové variability, zamíchání genů či vznik úplně nového. Přišla na řadu jiná metoda – mutace. Mutační šlechtění způsobuje pozměnění genetického kódu a vytvoření nového genu či jeho funkce. Řada šlechtitelů přešla na mutační metody, a i zde, ve Stupicích se jich v 60. letech minulého století využívalo. Provádělo se rentgeny, které ozařovaly osivo a rostliny byly pěstovány na tzv. gamapolích pod radiací. Celý proces však nevedl k valným úspěchům, odpad nežádoucích genotypů byl výrazně vyšší než získání odrůd nových. Záhy se od těchto postupů upustilo a přešlo se zpět na osvědčený způsob křížení a selekce. Za posledních 40 let se ve Stupicích provádí cca 450 křížení ozimých pšenic a okolo 250 jarních pšenic každý rok.

Jak si ve zkratce představit křížení? Z Jednotlivých klasů se musí vyjmout ještě nezralé prašníky a tím zamezit samosprášení. Při dozrání blizny na pestících se do izolovaného klasu vloží klas otcovský s prašníky dozrálými. Tím dojde k přenosu pylu z otcovského klasu na blizny mateřského a následně zkřížení dvou genotypů. Dříve toto křížení probíhalo dlouhodobě na poli. Přibližně posledních pět let se celý proces odehrává ve sklenících. Jedním z důvodů je, že pod sklem začínají pšenice metat a dozrávat zhruba o měsíc dříve. Tím se mohla činnost přesunout z toho nejexponovanějšího času. Je to i bezpečnější z hlediska zajištění ochrany před chorobami a škůdci, kteří mohou hybridní klas na poli poškodit. Po navození variability zamícháním genů dvou odrůd následuje proces výběru. V prvních generacích je variabilita nestabilní a musí dojít k několika samosprášením pro ustálení vlastností.

Trvá zhruba pět generací, než o linii můžeme říci, že je homogenní a stálá z generace na generaci. Z prvních pěti ročníků se vybírají jednotlivé klasy a potomstvo z jedné rostliny je vyséváno do řádku. Tímto výběrem se stabilizují genetické vlastnosti a zároveň se již může pozorovat stav rostlin v přirozených podmínkách na poli – habitus, napadení chorobami či škůdci, tendence k poléhání a do určité míry se mohou odhadnout i jakostní parametry. Touto selekcí se snižuje počet kandidátních linií, které jsou v systému. V páté generaci „F5“ se již sklízí celý řádek, který zajistí dostatečné množství osiva pro vytvoření prvního výnosového pokusu zasetím desetimetrové parcelky ve dvou opakováních.

Teprve po pěti letech je možné zjistit u konkrétní kombinace křížení výnosový potenciál. Na začátku je 380 křížení, ze kterých se sklidí 35 tisíc klasů a selekcí se dále vybírá jen 20 linií, které by mohly být kandidáty na novou odrůdu. Z nich se každý rok vyberou dvě až tři odrůdy, které jsou přihlášeny do státních zkoušek. Ty trvají tři roky, během nichž jsou odrůdy pěstovány v konkurenci s materiály z ostatních šlechtitelských stanic. Jsou registrovány teprve tehdy, ukáží-li nějaký přínos a zlepšení vlastností oproti již registrovaným odrůdám. 

ČR lídrem v sekvenování genomu pšenice

Za základ šlechtění jsou považovány metody z 50. let minulého století, na které navazují moderní nástroje umožňující selekci zefektivnit, vybírat si jen vhodné genotypy, předselektovávat si je, aby se následně na poli nemuselo testovat velké množství materiálu. Česká republika je lídrem v sekvenování genomu pšenice. Ústav experimentální botaniky v Olomouci vyvinul metodu, jak osekvenovat tak složitý a rozsáhlý genom. Díky tomu má ČR poměrně dobrý přístup k informacím o genech a vlastnostech pšenice. Tento projekt byl již dokončen a nyní probíhá vyhodnocení obrovského množství dat.  Výsledky se mohou využít např. v metodě kvantitativní genetiky a díky hodnocení rodičů pomocí analýzy DNA můžeme odhadovat, jak se budou chovat jejich potomstva a do určité míry předpovídat žádoucí vlastnosti rostliny. Využití metoda nachází především v rané generaci (F2 – F4), kdy není možné selektovat rostliny na poli a testovat výnos či jakost.

Další metodou jsou editace genomů. Dříve se k tomu využívalo tzv. „genové dělo“ nebo vnášení genů pomocí agrobakterií. Náhodné vnášení však nemuselo fungovat správně nebo mít požadovanou  funkci a efektivitu. Budoucnost šlechtění pšenice skýtá nevyčerpanou variabilitu především ve zlepšení žádoucích vlastností – dietetických, stravitelnosti i výhodách pro člověka, který pšenici každý den přijímá ve své potravě. Např. Velká Británie má projekt  TwentyTwenty, který si klade za cíl do  dvaceti let zvýšit výnos pšenice na 20 tun z hektaru. Myšlenka není nereálná, musela by se dramaticky změnit technologie pěstování, absolutně zvýšit efektivita využití a příjmu živin, aplikace postřiků apod. Hlavním limitem však vždy byly a budou podmínky prostředí. Jak řekl Tibor Sedláček ze Stupické laboratoře: „Otázka nových směrů je obtížná, především proto, že šlechtění trvá 12 – 14 let a již dnes se musíme zaměřit na to, co bude aktuální za tuto dobu. Kolikrát je to proto spíše tápání.“

Pšenice pro mražené polotovary

Trendem poslední doby je dopékání pečiva z mražených polotovarů v supermarketech a technologická produkce žádá novou kvalitu. Za tímto účelem byla vyvinuta pekařská metoda, kdy se z malého objemu mouky raných generací simuluje pečení s výrobou prefabrikovaných polotovarů, kdy se pečivo předpeče, šokově zamrazí, dále se dopéká a poté se hodnotí struktura. Rozdíl mezi klasickým pečením je v tom, že zde není až tak klíčový objem pečiva, ale zejména odolnost k šokovému zmražení. Z 250 stupňů, při kterém se chléb peče, se šokově zmrazí na cca mínus 20. A kvalita pšenice musí být natolik vysoká, aby byla schopná udržet strukturu těsta a střídy. V západní Evropě došlo k posunu spotřeby těchto polotovarů až na 80 % objemu všech pekařských výrobků. U nás stále narůstá.

Dalším požadavkem na specifickou jakost je vhodnost pro pečivárenství, tzn. pro výrobu oplatek a sušenek. Opět nejjednodušším způsobem jak to zjistit, je upéct ze stejného množství finální produkty. Tzv. „vaximutanty“ škrobu (škrob se změněnou strukturou amylóza – amylopektin) bez obsahu amylózy mají velký vliv na stárnutí pečiva a tím i ekonomický dopad na likvidaci „gumových“ rohlíků. Perspektivní je i pro výrobu bioethanolu, kdy vaxiškrob mazovatí při nižší teplotě a tím pádem jsou nižší ekonomické náklady na výrobu lihu. Další využití najde v průmyslu - výrobě lepidel, plastů atd. Opačný mutant (omezení produkce amylopektinu) je významným v oblasti dietetiky. Klasický škrob s vysokým obsahem amylopektinu má vysoký glykemický index, tzn., že po konzumaci housky rychle naběhne hladina glukózy v krvi, poté poklesne a člověk dostává opět hlad. Pšenice se zvýšeným obsahem amylózy má glykemický index nižší, stravitelnost je pomalejší a zásadní je pozitivní dopad na zdravotní stav.

Šlechtitel musí sledovat aktuální trendy a na ně rychle reagovat. I když v řádu 10 - 15 let je to velmi složité.

Nové metody jsou velmi náročné jak legislativně, tak i z hlediska patentové ochrany. Např. na metodu  CRISPR (přesuny genů pomocí enzymatického komplexu) existuje až 800 patentů. Ty jsou roztříštěny i mezi několik firem. V současné době se vede patentová válka o vlastnictví vůbec té základní technologie. Dokud toto nebude vyřešeno, nelze metodu smysluplně využít. Ekonomickou náročnost představuje např. řepka, která je nejsnadnějším organismem pro CRISPR metodu. Jen transformace řepky specializovanou firmou v Anglii konstruktem stojí přes půl milionu korun, a to bez jakýchkoliv dalších následných kroků. Na neposledním místě je již zmiňovaná legislativa, která na nové technologie není stavěna. Proces by se mohl řídit zákonem o GMO, protože dochází ke vnášení úseku DNA. Nyní celou záležitost řeší Evropský soudní dvůr. Zásahy, které budou typu mutace nebudou regulované, a naopak činnosti, při nichž se vloží určitá nová informace, se budou řídit legislativou GMO.

Zkoušky šlechtěného materiálu

Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský na semináři zastoupila Vladimíra Horáková z Národního odrůdového úřadu. Jeho hlavní činnost navazuje na šlechtitelskou práci. V současné době se může obchodovat s materiálem významných zemědělských druhů pouze s odrůdami, které jsou registrované tj. zapsané do národní odrůdové knihy ČR nebo jiného členského státu EU (Společný katalog odrůd). Každý vyšlechtěný materiál musí tedy projít zkouškami a být ověřen. Stát tímto způsobem reguluje to, co se dostane na pole a chrání tím i zemědělce. Hlavními třemi činnostmi Národního odrůdového úřadu je jednak registrace odrůd, udělování ochranných práv (důležité z pohledu šlechtitelů) a podávání informací o odrůdách pěstitelům.

Registrační zkoušky nových odrůd

Podmínkou registrace odrůdy je odlišnost, uniformita, stálost a užitná hodnota. Přihlášená odrůda musí splňovat určité podmínky ve výnosové úrovni, z agronomických vlastností se jedná o ranost, mrazuvzdornost, výšku, velikost zrna, odnoživost, zdravotní stav hlavně z pohledu významných chorob našich podmínek, jakost (často důležitější než výnos – záleží na finálním zpeněžení).

Registrační zkoušky trvají tři roky, výjimkou je kukuřice a brambory, kdy jsou jen dva roky. Poté se materiál dostane teprve k zemědělci. Na registraci ještě navazuje dobrovolné postregistrační zkoušení, jehož výsledkem jsou seznamy doporučených odrůd. Na poplatcích na registrační zkoušku zaplatí u pšenice ozimé šlechtitel 40.000 korun ročně. Odrůda se každý rok vyhodnocuje a pokud se již po první sklizni ví, že je slabší a nedosahuje výsledků jako konkurence, šlechtitelé ji většinou dobrovolně ze zkoušek stáhnou. Ročně je do registračních zkoušek pšenice přihlášeno cca 70 nových materiálů, do druhého roku postupuje asi polovina materiálů, do třetího pouze 12 – 15. Po třech letech se registruje 8 – 11 nových odrůd.  Úspěšnost u pšenice je tedy okolo 15 – 20 %, u kukuřice, kdy jsou jen dva roky na vyřazování nevhodných odrůd, je úspěšnost cca 30 %.

V rámci zkoušek užitné hodnoty jsou odrůdy pšenice seté ozimé v České republice vysévány na 19 lokalitách a pokusy se zakládají ve dvou intenzitách pěstování – v neošetřené a ošetřené variantě, se dvěma až třemi opakováními (limituje se tím vliv heterogenity půdy stejného honu). V ošetřené variantě jsou aplikovány min. dvě fungicidní ošetření, v lokalitách, kde hrozí poléhání je přidáván morforegulátor a dusíkaté hnojení je navýšeno o 40 kg/ha  kvalitativního hnojení oproti neošetřené variantě.

Na sklizeň navazují kvalitativní rozbory, kdy jsou odrůdy rozděleny do čtyř skupin na základě vhodnosti pro výrobu kynutých těst (chléb, rohlíky, koláče). Objemová výtěžnost pečiva se zjišťuje pekařským pokusem. Zrno z pěti lokalit se pomele, nechá se odležet, z uhněteného těsta se upečou bulky a změří se jejich objem. Čím větší objem pečiva, tím kvalitnější odrůda. Pokud je těsto lepivé a má nízký objem – „zdrcne se“, nemůže být v E nebo A kvalitě. U praktického výkupu se však rozhoduje podle parametrů, které jsou lehce změřitelné – obsahu dusíkatých látek, objemové hmotnosti (hektolitrová váha), číslu poklesu (charakterizuje porostlost zrna a aktivování enzymů, které štěpí škrob na jednoduché cukry) a Zelenyho testu (u výkupu se většinou nesleduje – charakterizuje kvalitu bílkovin, což je silně geneticky založený znak). Farinograficky se zjišťuje i vaznost mouky, která charakterizuje schopnost mouky vázat na sebe vodu, což je důležité zejména při pečení. Chceme-li tedy kynutá těsta, vaznost musí být vysoká. Naopak u odrůd pro výrobu sušenek a keksů musí být vaznost i obsah dusíkatých látek nízký.

Seznamy doporučených odrůd

Zkoušky pro seznam doporučených odrůd navazují na registraci a jedná se o další stupeň selekce. Ne všechny registrované odrůdy musí být zároveň doporučované. Rozhodnutí závisí na komisi skládající se ze zástupců šlechtitelů, univerzit, pěstitelů i zpracovatelů. Ti všichni mohou ovlivnit svými návrhy i agrotechniku – např. před třemi lety se na popud komise začalo v testování hnojit i sírou, diskutuje se stále úroveň aplikace hnojiv, morforegulátorů a postřiků. Všechny výsledky v seznamech doporučených odrůd jsou podloženy reálnými daty získanými v našich podmínkách bez toho, aniž by byla nějaká z testovaných odrůd záměrně vyzdvižena nad ostatními apod. Seznamy jsou k dispozici pro všechny zdarma, a to online na stránkách ÚKZUZ i v tištěné formě na okresních pobočkách Agrární komory či přímo přes kontakt úřadu.

Zajímavostí je, že např. ve Velké Británii nejsou tyto informace zdarma, ale jsou placenou službou. Tamní zemědělci je považují za základ a v podstatě zde nepěstují odrůdy, které neprojdou systémem pěstování a doporučování anglickou institucí. Za všemi testy je velké množství pokusů, čísel a výsledků a není důvod seznamům nedůvěřovat a neřídit se jimi. Navíc má každý z nás možnost stát se členem hodnotitelské komise a aktivně se zapojit.

Pohled do praxe šlechtění

Závěr semináře byl věnován prohlídce celého areálu šlechtitelské stanice. Pohled do praxe doplnil dopolední teorii a významnou měrou přiblížil proces šlechtění i nám, pěstitelům. Velké poděkování patří jednak Družstvu vlastníků odrůd, který pro členy Asociace seminář uspořádal, a především šlechtitelské stanici ve Stupicích, která své zázemí poskytla k nahlédnutí pod pokličku složitých genetických procesů.

Aneta Matoušková, hlavní kancelář ASZ ČR