Pochopit složité principy domestikace rostlin chtějí v novém výzkumném projektu vědci z katedry botaniky přírodovědecké fakulty. Výsledky jejich bádání zaměřeného na zrychlenou evoluci rostlin, která se odehrávala pod taktovkou člověka, by v době měnícího se klimatu mohly přispět k domestikaci nových druhů plodin. Vědci budou při výzkumu spolupracovat s odborníky z University of Vermont a University of California ve Spojených státech a také týmem Petra Bednáře z katedry analytické chemie. Projekt je rozvržen na 46 měsíců. Práci vědců finančně podpořilo téměř 10 miliony korun ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy.
Výzkumný projekt je postaven na srovnávací analýze vzorků cizrny, čočky a hrachu pocházejících z oblasti Blízkého východu a fazolí pocházející ze Střední Ameriky. Tyto rostliny byly nezávisle na sobě podrobeny domestikaci, tedy procesu přeměny planých rostlinných druhů na kulturní plodiny. „Porovnáme jejich biologickou podstatu a genetické mechanismy zodpovědné za dva hlavní domestikační znaky - dormanci semen a pukavost lusku napříč druhy,“ uvádí Petr Smýkal z katedry botaniky přírodovědecké fakulty. V případě těchto druhů luskovin mají vědci k dispozici odlišné množství poznatků o domestikačních mechanismech. „A právě jejich kombinace nám umožní porovnat a identifikovat faktory, které k domestikaci přispěly,“ podotýká botanik.
Zemědělství patří k nejvýznamnějším milníkům v historii lidstva. S jeho vznikem pravěcí lidé začali postupně měnit plané rostliny v kulturní plodiny, které nyní tvoří základ našeho jídelníčku. Tento proces, známý jako domestikace, lze považovat za zrychlenou formu evoluce, při které klíčovou roli hraje přírodní výběr i cílené šlechtění člověkem. Díky tomu získaly rostliny v poměrně krátkém časovém úseku nové vlastnosti, které je odlišují od jejich planých předků. Tyto znaky rostlin vědci souhrnně nazývají domestikační syndrom. Patří mezi ně například ztráta tzv. dormance semen, což je laicky řečeno „spící stav“ semen. „Pokud mají semena domestikovaných plodin dostatek vláhy, tak klíčí okamžitě po vysetí. Naopak semena planých druhů díky dormanci klíčí až při vhodných podmínkách okolního prostředí,“ říká Petr Smýkal. Dalším znakem domestikovaných rostlin je větší velikost jejich semen, což zvyšuje pravděpodobnost přežití a také lepší sklizeň. Ztráta přirozeného způsobu šíření semen vedla například u domestikovaných obilovin k omezení rozpadu klasu, což výrazně usnadňuje sklizeň.
„Přestože jsou luštěniny významným zdrojem bílkovin, o jejich domestikaci stále víme poměrně málo. I u těchto rostlin lze ale identifikovat typické domestikační znaky, jako je změna tvaru rostliny, omezení praskání lusků nebo změny v klíčení semen,“ doplňuje Petr Smýkal. Nejnovější genomické studie hrachu, čočky a cizrny vědcům umožňují porovnat tyto plodiny a hledat genetické faktory, které v minulosti ovlivnily jejich vývoj a domestikaci. Díky moderním vědeckým metodám, jako jsou genomická a metabolomická analýza, získávají odborníci podrobnější informace o tom, jak se rostliny v průběhu domestikace měnily.
Nový výzkumný projekt se zaměří na fyzikální dormanci semen, která souvisí s nepropustností osemení pro vodu. Tato vlastnost je běžná u divokých předků luštěnin, ale u kulturních druhů se snižuje. „Porozumění těmto mechanismům otevírá dveře k dalšímu vylepšování plodin. Například může pomoci šlechtit nové odrůdy, které budou lépe odolávat stresům prostředí, snadněji klíčit nebo je bude možné lépe zpracovávat v potravinářském průmyslu,“ dodává Petr Smýkal. Druhým studovaným znakem bude pukavost lusku, která byla u domestikovaných plodin také odstraněna, aby se zamezilo ztrátám při sklizni.
Vědci nyní nejen studují minulost domestikace, ale také hledají způsoby, jak ji využít pro budoucnost. Zaměřují se na přeměnu dosud nevyužívaných rostlin na nové kulturní plodiny. Díky genetickým úpravám by lze vyšlechtit odolnější a výživnější plodiny, které by mohly pomoci zajistit dostatek potravy i v podmínkách měnícího se klimatu. „Výzkum domestikace je tedy nejen pohledem do minulosti, ale také klíčem k budoucnosti udržitelného zemědělství. S každým novým objevem se přibližujeme k možnosti lépe využívat genetický potenciál rostlin a přizpůsobit je potřebám moderního světa,“ uvádí Petr Smýkal.
Pracoviště prof. E. von Wettberga (University of Vermont) a Dr. Trevise Parkera (University of California, Davis) se dlouhodobě zabývají genetickou diverzitou cizrny, čočky a fazolu, což doplňuje výzkum týmu prof. P. Smýkala (UP) zaměřeného na hrách. Všechna tři pracoviště spojuje výzkum domestikace luskovin. Spolupráce s prof. E. von Wettbergem byla navázána během Fulbrightova pobytu Petra Smýkala (2018/19), kdy byla získána prvotní data o dormanci semen čočky a cizrny, na něž tento projekt navazuje. Laboratoř Dr. Parkera se specializuje na pukavost lusků fazolu, zatímco tým prof. von Wettberga je lídrem v genomice cizrny a podílí se na sekvenování planých druhů cizrny a čočky.