Dekorativní květiny jsou stejně jako polní plodiny významné a zaujímají velký podíl na trhu. Šlechtění květin probíhá podobně jako u ostatních rostlinných druhů od genetických zdrojů, přes křížení a selekci, ale také in vitro kultury. Velký progres přinesly biotechnologie, které umožnily měnit kvalitu  znaků, které by konvenčními postupy nemohlo být dosaženo. Jedná se zejména o barvu květů, životnost řezaných květin, odolnost vůči škůdcům a chorobám. Mnohé si lze slibovat od genových editací.

Klíčová slova: Biotechnologie, okrasné rostliny, šlechtění, barva květů, odolnost

                                Biotechnologie se využívají v řadě oborů ke zvýšení kvality a atraktivity produktů. Kromě potravinářských biotechnologií, medicínských aplikací se uplatňují  i v rostlinné výrobě. Po objevech možností přenosu funkční DNA do rostlin (tzv. transformace) v 70. a  80. letech minulého století byly vyvinuty první  geneticky modifikované rostliny. Některé z nich byly i komercionalizovány. Asi již upadlo v zapomnění, že prvními byla GM rajčata s pozměněným časem dozrávání nebo GM brambory odolné vůči mandelince bramborové. Postupně však celosvětového rozmachu dosáhly GM majoritní plodiny jako kukuřice, sója, řepka nebo bavlna. Ty dnes dosahují 70 – 80% celkových osetých ploch dané plodiny. To neznamená, že výzkum u ostatních plodin a druhů zaostává, ale jejich komercializace není tak úspěšná,  a to jak díky zájmu trhu, tak legislativním omezením. Výjimkou jsou některé zeleniny a ovoce jako baklažán v Indii, papaya v Thajsku nebo na Hawai či tykve v USA, které jsou také využívány komerčně.

                Samostatnou oblastí je trh s okrasnými květinami. Očekává se, že trh s květinami a okrasnými rostlinami vzroste v letech 2020–2024 o 28,98 miliardy USD.  Podle zprávy Technavia (Technavio , 2021) nabízí podrobnou analýzu trhu květin a okrasných rostlin v optimistických, pravděpodobných a pesimistických scénářích prognózy po  COVIDu 19. Ze zprávy vyplývá, že prodejci květin a okrasných rostlin by se měli zaměřit na využití obchodních příležitostí ze segmentu řezaných květin, protože v posledních letech představoval největší podíl na trhu a to ve všech klíčových zemích jako jsou Spojené státy, Čína, Německo nebo Francie.

            Trh s řezanými květy je rozsáhlý a je známo, že zákazníci požadují květy stále nových barev a tvarů, které dlouho vydrží ve váze, obchodníci sledují životaschopnost řezaných květů během přepravy a jejich stabilitu, pěstitelé pak chtějí rostliny odolné ke stresům a zejména ke škůdcům. Šlechtitelé se proto snaží na tyto znaky zaměřit (Aida a kol., 2018).

         Využívají se genetické zdroje ze sběrů na původních stanovištích, jejich křížení a selekce. Příkladem úspěšného přímého využití genetických zdrojů Jako velmi efektivní se ukázalo mutační šlechtění. Mnoho druhů okrasných rostlin, jako je chryzantéma (Chrysanthemum spp.), růže (Rosa spp.) nebo karafiát (Dianthus caryophyllus), se množí vegetativně, takže je relativně snadné množit mutanty. Mutační šlechtění se proto dobře hodí pro šlechtění okrasných rostlin, jak dokazuje přibližně 720 spontánních a indukovaných mutantních kultivarů, které již byly vyprodukovány a  jsou zaneseny v databázi FAO (Yamaguchi, 2018).

                Pro navození variability je možné použít také  in vitro kultury. Techniky umožňují navodit tzv. somaklonální variabilitu genů, přispívají ke změně epigenomu. Je k dispozici řada postupů jako  indukce polyploidie;  in vitro mutageneze a somaklonální variace; fúze protoplastů;  selekce in vitro a mikropropagace (Rego a Faria 2001).  Polyploidizace např. vede ke zvětšení velikosti buňky v důsledku zvětšení velikosti buněčného jádra. To vede ke snížení počtu buněčných dělení během vývoje. Dobře známý gigantismus je běžně pozorován v orgánech, jako jsou např. květy. Méně úspěchů bylo dosaženo pomocí fúze protoplastů, která má překonat mezidruhové bariery. Přesto mezirodová hybridizace. Přispěla rozhodujícím způsobem k získání velkého množství variant mezi orchidejemi, růžemi, mečíky a fialkami (Barbosa a kol. 2015).

Dalším nástrojem současného šlechtěn je genetická modifikace okrasných rostlin se používá k zavedení originálních vlastností velkého komerčního zájmu pro výrobce a/nebo spotřebitele, jako je vylepšená anatomie a morfologie květin, nová barva květin, indukované časné kvetení, zvýšená intenzita vůně nebo delší doba přežití při transportu a po prodeji, tolerance vůči stresu nebo odolnost vůči chorobám. Okrasné rostliny mají obecně neobyčejně krásné a poutavé květy, což je jedním z cílů genetických inženýrů.

Obecně se tradiční strategie šlechtění rostlin používají ke zvýšení atraktivity  květů okrasných rostlin včetně řezaných.  Genový ford řady druhů je však omezen a např. barvy květů nelze běžnými prostředky dosáhnout.  Během posledních 20 let biotechnologie vytvořila inovativní a exkluzivní znaky v okrasných rostlinách přijetím genů z různých rostlinných druhů (Li a Pei, 2006). Díky možnosti sekvenování a klonování genů lze úspěšně navozovat nové barvy květů (Da Silva et al., 2011). Byly získány dostatečné informace o  třech z popsaných anthokyanidinů, tj. o delfinidinu, kyanidinu a pelargonidinu, které jsou považovány za hlavní typy modrých barviv. Modré květy mají tendenci mít vysokou hladinu delfinidinu a derivátů, zatímco intenzivní červená barva květů je způsobena pelargonidinem, který působí jako antokyanidová báze (Tanaka et al., 2009). Příkladem  úspěšného využití těchto znalostí je odvození fialových/modrých chrysantém, které dosud v přírodě nebyly nalezeny, protože nesyntetizují antokyany typu delfidinu.  Zvýšení akumulace delfinidinu bylo velmi výrazné pod promotorem chalkonsyntázy a transformace byla úspěšná.

Zajímavé je využití promotorů, které regulují cirkadiální rytmy rostlin. Rostliny exprimují některé geny cyklickým způsobem během dne. Tento cyklický jim umožňuje zahájit fotoasimilaci během slunečního záření nebo uvolňovat večer vůně. Například vývoj Petunia circadia usnadní těmto vnitřním cirkadiánním hodinám kontrolu barvy květů, což vede ke změně barvy květů přibližně každých 12 hodin (viz obr. 1).  Rostliny byly vyvinuty na Colorado State University (CSU) v USA Vzhledem k tomu, že v EU nelze pěstovat ani petunie se změněnou barvou květů (oranžové petúnie) nelze očekávat tyto petúnie brzy na našem trhu.

Obr. 1:  Nová varianta petúnií, která díky biotechnologiím mění barvu podle denní doby.

              Dalšími druhy s pozměněnou barvou květů jsou růže nebo karafiáty. Tzv. modré karafiáty se v EU nepěstují, ale je povolen dovoz řezaných květů. Žádost byla projednána před několika lety Evropským úřadem pro bezpečnost potravin a modrý karafiát  (Obr. 2) byl shledán bezpečným (EFSA, 2018). Jedná se o jediný případ okrasné rostliny povolené k dovozu na trh v EU.

Obr. 2

Dalšími možná méně známými znaky je změna morfologie  a velikosti rostlin. Úspěšnými pokusy bylo dosažena vyšší míra větvení, což m.j. vede k většímu počtu květů (Brandoli a kol. 2020).  Atraktivní je také zvyšování intenzity vůně květů. Produkce specializovaných metabolitů,  na kterých vůně závisí,  neplyne pouze z koncentrace metabolitů a do značné míry závisí na několika transkripčních faktorech. V posledních letech byla hluboce studována transkripční regulace cest biosyntézy vonných látek, z čehož vyplývá zásadní role různých transkripčních faktorů při řízení emise vůně a znalostí lze využít pro manipulace tohoto znaku. Odolnosti k biotickým a abiotickým stresům lze dosáhnout obdobně jako u polních plodin. Úspěchem je ale prodloužení skladovatelnosti  čehož lze dosáhnout udržením rezistence vůči ethylenu nebo inhibicí genů biosyntézy ethylenu. Různé výzkumné skupiny prováděly experimenty zahrnující  geny v antisense orientace  pro zvýšení trvanlivosti produktů z okrasných rostlin  a bylo dosaženo úspěchu.

Autor:

Jaroslava Ovesná, doc. RNDr., CSc.

Výzkumný stav rostlinné výroby, v.v.i.

Drnovská 507, 161 06 Praha 6

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Závěr:

GM technologie přinesly řadu úspěchů v manipulaci s okrasnými rostlinami. Ještě více lze očekávat od genomových editací s využitím CRISPR/Cas. První produkty již jsou připraveny pro komercializaci. V EU bude záležet jejich uplatnění na akceptaci veřejností a platném  legislativním rámci.

Literatura:

Tanaka, Y., Brugliera, F., and Chandler, S. (2009). Recent progress of flower colour modification by biotechnology. Int. J. Mol. Sci. 10, 5350–5369. doi: 10.3390/ijms10125350

Li, Y., and Pei, Y. (2006). Plant Biotechnology in Ornamental Horticulture. New York, NY: Haworth Food and Agricultural Products Press.

Da Silva, J. A. T., Chin, D. P., Van, P. T., and Mii, M. (2011). Transgenic orchids. Sci. Hort. 130, 673–680. doi: 10.1016/j.scienta.2011.08.025

Ryutaro, A., Akemi, O., and Takashi, O. (2018): Aida R, Ohmiya A, Onozaki T. Current researches in ornamental plant breeding. Breed Sci. 2018, 68(1):1. doi:10.1270/jsbbs.68.1

Yamaguchi, H. (2018): Mutation breeding of ornamental plants using ion beams.” Breeding science vol. 68: 71-78. doi:10.1270/jsbbs.17086

Barbosa, F.,  Botelho, S.,  Rodrigues,.S.,  and Bruzi, C.A.S. (2015). Ornamental Plant Breeding, DOI: https://doi.org/10.14295/rbho.v21i1.770

Brandoli, C., Petri, C., Egea-Cortines, M.  (2020).  The clock gene Gigantea 1 from Petunia hybrida coordinates vegetative growth and inflorescence architecture. Sci Rep 10, 27. https://doi.org/10.1038/s41598-019-57145-9

Arpaia,S., Birch, A. N. E.,  Chesson, A.,  du Jardin, A.,  Gathmann, A., Gropp, A.,  Herman, L.,  Hoen-Sorteberg, H.,  Jones, H.,  Kiss, S.,  Kleter, G.,  Lovik, M.,  Messéan, A. , Naegeli, H.,  Nielsen, K. M.,  Ovesna, J., Perry, J.,  Rostoks N.  and  Tebbe., C. (2014): Scientific Opinion on a notification (reference C/NL/09/01) for the placing on the market of the genetically modified carnation IFD-25958-3 with a modified colour, for import of cut flowers for ornamental use, under Part C of Directive 2001/18/EC from Florigene.  EFSA Journal 12(12):3934