Rostliny jako prostředek udržitelného globálního rozvoje
Realizátor:
Univerzita Palackého v Olomouci
Doba realizace:
1. 3. 2018 – 31. 10. 2022
Projekt byl podpořen dotací ve výši 360 814 427 Kč, z toho příspěvek EU činí 306 692 263 Kč.
„Sucho a adaptace rostlin na něj je pro vědu obrovskou výzvou a každý posun v této oblasti bádání má velký společenský dopad.“
prof. RNDr. Ivo Frébort, CSc., PhD., vedoucí výzkumný pracovník, ředitel Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum
Hlavním cílem projektu Rostliny jako prostředek udržitelného globálního rozvoje je získání nových poznatků o regulaci růstu, utváření fenotypu a stresové adaptaci rostlin, které jsou hlavním potravinovým zdrojem lidstva. Co konkrétně si lze pod tímto popisem představit?
Úkolem vědců je dospět k novým poznatkům a vyvinout techniky, které umožní za pomoci molekulárních a genomických metod vyšlechtit hospodářsky významné plodiny s vyššími výnosy, požadovanými vlastnostmi a větší odolností vůči klimatickým změnám, zejména suchu, s cílem zajistit dostatek potravin pro příští generace. K tomu je nutné pochopit, jak rostliny na stresy reagují, jaké adaptační mechanismy v nich probíhají a jak je možné je podpořit. Dalším důležitým úkolem je snížit dopad zemědělství na životní prostředí například zavedením nových způsobů hnojení a omezením užívání pesticidů. K tomu je potřeba posílit přirozenou odolnost rostlin vůči chorobám, houbám a škůdcům.
V rámci projektu je rozvíjeno 5 nových komplexních multioborových výzkumných programů. Čím se zabývají?
V rámci výzkumného programu Organizace jaderného genomu rostlin a její vliv na fenotyp vědci studují prostorové uspořádání dědičné informace v buněčném jádru u důležitých plodin, tedy především obilovin. Výzkumný program Editace genomu za účelem vyšší tolerance obilovin vůči suchu reaguje na jeden z nejvýznamnějších globálních problémů, kdy sucho dramaticky ovlivňuje výnos plodin na celém světě a je potřeba vyvinout plodiny, které se s nepříznivými podmínkami dokáží vyrovnat. Interakce rostlin s prospěšnými a patogenními organismy jsou nejen názvem dalšího výzkumného programu, ale i jev, který rostlinám může přinést řadu pozitivních, ale i negativních dopadů. V projektu se vědci zaměřují například na interakce ječmene a vojtěšky s prospěšnými mikroorganismy i houbovými patogeny. K tomu využívají pokročilé metody mikroskopického zkoumání živých rostlin, jimiž inspirují i mnohá zahraniční pracoviště. Výzkumný program Biostimulanty pro rostlinné biotechnologie a zemědělství reaguje na zvýšenou poptávku po těchto prostředcích důležitých pro zvýšení zemědělské produkce. Vědci syntetizují nové organické sloučeniny odvozené od přírodních látek, izolují a identifikují rostlinné hormony s prokazatelnými růstově regulačními a obecně biologickými účinky. Cílem výzkumného programu Monitoring environmentálních rostlin je vývoj a testování nových technologií neinvazivní fenotypizace, tedy popisu znaků a vlastností rostlin v závislosti na prostředí, za účelem selekce prospěšných znaků.
 |
Důležitým prvkem propojení a spolupráce v rámci projektu je výzkumný koncept "od DNA až na pole". Můžete tento koncept přiblížit?
Výsledky laboratorního výzkumu v oblasti genetiky, molekulární biologie, biochemie a dalších oborů jsme schopni poměrně rychle ověřovat pokusy v růstových komorách, ve skleníku a následně i přímo na poli. Máme k tomu potřebné zázemí včetně skleníků a pozemků pro polní pokusy.
Projekt má potenciál působit na různých úrovních – od rozvoje studijních oborů na Univerzitě Palackého v Olomouci přes spolupráci s místní samosprávou za účelem posílení transferu technologií do regionálních firem po posilování vazeb na špičková zahraniční vědecká centra a zastoupení ČR při Evropské biotechnologické federaci. Podařilo se již v těchto oblastech dosáhnout dílčích úspěchů?
Pokud jde o oblast vzdělávání, řešitelé projektu patří mezi garanty oborů Bioinformatika a Biotechnologie a genové inženýrství na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého a podílejí se také na výuce řady dalších oborů. Výzkumná a vzdělávací činnost jsou úzce propojeny, nově získané poznatky tedy vedou k modernizaci výuky.
Příkladem úspěšné spolupráce s ostatními univerzitami i regionální samosprávou za účelem přenosu vědeckých výsledků do praxe je evropský projekt s názvem CLAIRO (z anglického CLean AIR in Ostrava). Jeho cílem je přispět ke zlepšení ovzduší v severomoravském krajském městě výsadbou vhodné zeleně, která bude schopna pohlcovat nečistoty z různých zdrojů a snížit účinky takzvaného tepelného ostrova ve městě. Výsledky se budou využívat nejen na území města Ostravy, ale i na evropské úrovni.
Spolupráce se zahraničními partnery je samozřejmostí. Za všechny lze jmenovat například velmi dobře se rozvíjející spolupráci s profesorem Karstenem Niehausem z Univerzity v Bielefeldu, který je v rámci projektu naším zahraničním spolupracovníkem a zaměřuje se především na interakce mezi rostlinami a mikroby. Zkušenosti si vyměňujeme s ostatními zahraničními partnery v Německu, Rakousku, Francii, Švédsku, Saudské Arábii, Španělsku a dalších zemích. Výsledkem jsou mimo jiné společné publikace. Úzká spolupráce s Evropskou biotechnologickou federací přispěla i k chystané organizační změně ve struktuře této mezinárodní instituce. Z podnětu vědců z CRH (Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum) se podařilo prosadit vznik její nové divize zaměřené na rostliny, výživu a zemědělství, což koresponduje i s náplní našeho OP VVV projektu. Pokračuje rovněž spolupráce v rámci infrastruktury ESFRI.
Na projektu pracuje řada špičkových vědců z České republiky i zahraničí, kteří mimo jiné často publikují ve významných mezinárodních odborných časopisech (např. Nature nebo Science). Podařilo se již také v některém významném časopise publikovat výstupy projektu?
Od zahájení projektu do současné doby členové výzkumného týmu informovali o svých vědeckých výsledcích ve více než osmi desítkách publikací. Mezi nejvýznamnějšími lze jmenovat například časopisy Nature Plants, Nature Genetics, Nature Communications, Plant Cell, Biotechnology Advances, PNAS, New Phytologist, Plant Genome a další.
V médiích jsem zaznamenala informace o unikátní sekvenační laboratoři, pro kterou byl z projektu pořízen vysokokapacitní DNA sekvenátor NovaSeq 6000 za 29 milionů korun. V čem je laboratoř unikátní? K čemu se tento sekvenátor využívá?
Na jednom místě se podařilo soustředit špičkovou techniku, ale také odborníky, kteří mají s touto prací bohaté zkušenosti. Provádíme často natolik specializované analýzy, že by nebylo možné si je někde jinde nakoupit jako službu. Zásadní je to, že máme zkušenost s poměrně sofistikovanou přípravou vzorků. Tím jsme zajímaví i pro mnohé partnery, jimž můžeme tyto služby nabízet. Sekvenační laboratoři vévodí vysokokapacitní DNA sekvenátor pořízený právě díky projektu Rostliny jako prostředek udržitelného globálního rozvoje. Technické parametry nového sekvenátoru umožní nejen rychlejší a podrobnější studium, ale otevírají i nové směry výzkumu. Kromě toho se v laboratoři nacházejí další tři sekvenátory s různou kapacitou, výkonností i systémy sekvenování. Díky nové laboratoři si CRH může udržet výsadní postavení v oblasti genomiky a biotechnologie rostlin v celosvětovém měřítku. Laboratoř také umožnila rozšíření a prohloubení spolupráce s českými šlechtiteli při zavádění molekulárních metod ve šlechtění rostlin.
Vědci z olomouckého CRH společně s výzkumníky z Univerzity v Nottinghamu a Max Planck Institutu molekulární buněčné biologie v Drážďanech dosáhli pomocí fluorescenční mikroskopie úspěchu ve zkoumání vývoje rostlin a jejich vnitřního uspořádání. Své poznatky publikovali v časopise Nature Plants. Na metodice by se nyní mělo pracovat i v rámci projektu Rostliny jako prostředek udržitelného globálního rozvoje. Můžete prosím nastínit, v čem spočívá zmíněný úspěch a aktivity probíhající v rámci projektu?
Tato pokročilá mikroskopická metoda byla a je velmi úspěšná při vývojových studiích na modelové rostlině Arabidopsis thaliana. Umožnuje snímat živé rostliny, jejich orgány, pletiva, buňky a subcelulární organely po dlouhou dobu a především bez zbytečného fototoxického stresu. Výzkumníci z CRH však pokročili dál a metodiku zdokonalují a adaptují pro studium plodin jako vojtěška a ječmen v rámci uvedeného projektu. V tomto směru patří celosvětově k průkopníkům. Testují využití této metody také při interakcích uvedených plodin s beneficiálními a patogenními mikroby. Předběžné výsledky projektu jsou velmi slibné a otvírají úplně nové možnosti v této výzkumné oblasti.
Je něco, co byste chtěl k projektu na závěr dodat?
Jsme velmi rádi, že jsme dokázali při přípravě projektu identifikovat důležité globální problémy, k nimž patří především klimatické změny a s tím související problémy při zajišťování potravin pro lidskou populaci, a můžeme přispět k jejich řešení. Stále více se ukazuje, že například sucho a adaptace rostlin na něj je pro vědu obrovskou výzvou a každý posun v této oblasti bádání má velký společenský dopad.
Cílem výzvy Excelentní výzkum, ve které se svým projektem Univerzita Palackého v Olomouci uspěla, je podpořit problémově orientovaný výzkum interdisciplinárního charakteru, který napomůže efektivnímu využití výzkumných center a iniciuje dosažení mezinárodně konkurenceschopné kvality výzkumu z hlediska jeho originality a praktických dopadů.
Foto: Archiv projektu