Fuzáriové onemocnění zrn pšenice je hlavní hrozbou pro obilniny na celém světě. Plísňová choroba, známá také jako fuzáriové růžovění klasů, správněji fuzáriové bělání klasů (Fusarium head blight, dále “FHB”), působí scvrkávání zrna a může tak výrazně snížit sklizeň pšenice, ječmene i dalších obilnin.

Podstatné ale je, že toxiny produkované houbou Fusarium graminearum zůstávají v zrnu určeném jako potravina nebo krmivo (mykotoxiny z nich jsou vylučovány např. do mléka nebo se hromadí v některých orgánech zvířat). V koncentraci vyšší než stanovené zákonné limity tolerance k mykotoxinům mohou trvale poškozovat lidi a zvířata. Zrno z infikovaných rostlin musí být v mnoha zemích často likvidováno, i když některé státy to řeší smícháním se zrnem s minimem mykotoxinů.

Zdroj obrázku: https://www.sciencemag.org/news/2020/04/how-gene-grass-living-fungus-could-save-wheat-crops-worldwide

Fungicidy nejsou všelék, částečně proto, že se patogen infikuje během mokrého počasí, když je účinná látka fungicidu vyplavena. K infekci klasů v průběhu kvetení není ani potřeba zvýšené vlhkosti, rozhoduje stupeň infekčního tlaku. A je odzkoušeným faktem, že nejvyšší účinnost má aplikace specifických fungicidů v počátku kvetení obilniny (BBCH 63). Existují také ojedinělé, ale doložené, zprávy, že ošetření některými účinnými fungicidními látkami může naopak vést ke zvýšené akumulaci mykotoxinů.

Vědci po celém světě se tak snaží najít jiné cesty, jak pšenici a další obiloviny před houbovými patogeny ochránit.

Základní rezistence vůči F. graminearum dosud pochází z originální čínské odrůdy pšenice. Šlechtitelé po celá desetiletí pracovali na přenosu genu rezistence, označovaného jako Fhb1 z chromozomového segmentu do jiných obilovin. Identita a mechanismus genu však zůstává sporná a segment poskytuje pouze „skromnou/umírněnou“ ochranu.

Nalezení genu Fhb7

Asi před dvěma desítkami let genetik Lingrang Kong, tehdy postdoktorand na Purdue University, a jeho kolegové našli další zdroj rezistence k fuzáriovému růžovění pšenice dále v genomu Thinopyrum elongatum (wheatgrass). To je tráva - divoký příbuzný pšenice dříve používaný ke šlechtění odrůd pšenice s prospěšnými vlastnostmi, například jako je rezistence a snášenlivost vůči suchu.

V průběhu let zúžili chromozomální umístění genu a v novém výzkumu jak Kong, tak mnoho jeho kolegů - vědci ze Shandongské zemědělské univerzity v Číně a z amerického ministerstva zemědělství pro zemědělský výzkum (USDA ARS) - nyní dospěli k úspěšným výsledkům.

Sekvenovali pšeničnou trávu poskytující genetické markery a poté udělali několik křížení rostlin, aby zachytili kandidátní geny. Tím, že umlčovali geny jednotlivě, našli jeden, Fhb7, prokazující rezistenci. Poté tým prokázal, že gen Fhb7 kóduje enzym, glutathion S-transferázu, a dále prokázal, že degraduje několik mykotoxinů - trichothecenů, které způsobují příznaky fuzáriového růžovění klasů pšenice.

Svůj objev o nalezení genu známého jako Fhb7 publikovali v časopise Science.

Vědci dále zjistili, že tráva Th. elongatum (wheatgrass) přijala gen Fhb7, který kóduje enzym ničící toxiny, pravděpodobně z endofytické houby Epichloë species. Tým vědců předpokládal, že Fhb7 vznikl v rostlinách, ale našli 97% shodu s genem v Epichloë aotearoae (Neotyphodium aotearoae), houbě, která chrání své travní hostitele před patogeny. „Bakterie často přenášejí DNA do rostlinných genomů, ale není mnoho příkladů přenosu z hub. Myslel jsem, že to byl artefakt," říká autor Hongwei Wang ze zemědělské univerzity v Shandongu.

Druhy Epichloë jsou díky svým účinkům na hostitelské rostliny ekologicky významné. Ukázalo se, že jejich přítomnost mění složení rostlinných společenství a potravinových dopadů. Odrůdy trávy, zejména kostřava Festuca arundinacea, a žito, se symbiotickými kmeny endofytů Epichloë, jsou komerčně využívány pro pastviny a trávníky.

Gen Fhb7 vznikl v neškodné/synergické houbě, která žije uvnitř divokých trav, a potom „nějak vklouzl“ do genomu pšeničné trávy. Takovým způsobem mohou symbiotické houby svým rostlinným hostitelům pomoci bránit se před ničivým útočníkem. Autoři studie naznačují, že houbová DNA by mohla poskytnout rostlinám i jiné potenciální geny rezistence.

Vybraný gen vědci zavedli do sedmi kultivarů pšenice s různými genetickými profily, aby studovali jeho účinky na rostliny pěstované v polních podmínkách. Výsledky ukázaly, že gen Fhb7 nejen zajistil rezistenci k růžovění klasů v nových odrůdách, ale také neměl negativní vliv na výnos nebo jiné významné odrůdové znaky.

Testování odolnosti obilnin k fuzáriím v ČR

Na stanicích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ) se od 90. let 20. stol. provádějí provokační testy k zjištění odolnosti/citlivosti odrůd pšenice a ječmene k fuzáriovému růžovění klasů.

Testy se realizují tak, že se po začátku jarní vegetace na jeden metr čtverečný pokusného políčka pšenice (nebo ječmene) položí mezi rostliny 4 kusy cca 40 cm dlouhé loňských posklizňových zbytků kukuřice. Ty se již na podzim seberou do pytlů a nechají se přírodnímu vlivu deště, mrazu, horka a podobně. Tím se na nich rozvinou všechna stádia zejména fuzarióz. Ty se pak z těchto zbytků uvolňují a infikují fungicidně neošetřované rostliny.

„Úspěšnost“, tedy skutečné napadení klasů jednotlivých odrůd, se ročníkově mírně mění, ale vždy se podle odrůdy pohybuje mezi 16 a 78 % napadených klasů. Podle analýz se již od poloviny devadesátých let jedná o zřejmou převahu Fusarium graminearum. To je mimochodem důkaz nutnosti dobře nakládat s posklizňovými zbytky, tak aby neinfikovaly následné polní kultury. Výsledky výnosů i zdravotního stavu jsou každoročně zveřejňovány v publikaci ÚKZÚZ Seznam doporučených odrůd obilnin.

Dalším parametrem hodnocení odrůdy je odrůdově odlišná akumulace/hromadění fuzáriových mykotoxinů v zrnu. Některé odrůdy s funkčními geny se i při vysokém nebo vyšším napadení klasů projevují tak, že ničí fuzáriem vyprodukované mykotoxiny v celé rostlině nebo v její části.

Objevený gen Fhb7 produkuje enzym glutathion S-transferázu, která degraduje několik mykotoxinů - trichothecenů. Proto nové odrůdy pšenice nebudou trichoteceny kumulovat.

Zdroje:
https://www.ars.usda.gov/news-events/news/research-news/2020/usda-ars-scientists-and-colleagues-find-a-new-tool-to-combat-fusarium-head-blight-in-wheat/?utm_medium=email&utm_source=govdelivery

https://www.sciencemag.org/news/2020/04/how-gene-grass-living-fungus-could-save-wheat-crops-worldwide

https://science.sciencemag.org/content/368/6493/eaba5435

Zdroj článku: BIOTRIN