JAN KREKULE: Umožní rostliny přežít 21. století?

Umožní rostliny přežít 21. století?

Dočasnou Mekkou experimentálních biologů rostlin se stala česká metropole, v níž evropští i transkontinentální badatelé uspořádali pod hlavičkou dvou největších evropských oborových organizací, EPSO (European Plant Science Organization) a FESPB (Federation of European Societies of Plant Biology), již dvacátý ročník kongresu Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress. Stalo se tak od 26. do 30. června 2016. Členem druhé organizace je i Česká společnost experimentální biologie rostlin (ČSEBR), která měla konání konference v gesci. S nostalgickou vzpomínkou, jak jsme na hranici triumfu i vyčerpání amatérsky připravovali počátkem devadesátých let 20. století první FESPB kongres v Brně, uveďme letošní zkušenost. Profesionální organizaci setkání stovek badatelů lze získat se zárukou v podstatě na klíč. Společnost Guarant International poskytla fungující, na míru šité zázemí kongresového centra vysočanského hotelu Clarion a zbavila nás organizačních trampot. Koneckonců se podařilo naplnit i předpokládaný počet účastníků (více než 900) – pravda, něco to stojí a „bezgrantoví“ tuzemci i jejich stejně „postižení“ blízcí sousedé se proto na „hostinu“ nedostávají tak snadno.

Maxi či mini?

Kam až moje paměť sahá, akademická obec se vždy rozděluje na přívržence a odpůrce velkých vědeckých shromáždění – elitářsky znějící nechuť k účasti na „megasetkáních“ poskytujících střídmé ochutnávky plného menu oborové nabídky i chvála soustředění na vymezený tematický subjekt porcovaný společně gurmánskými zasvěcenci. Pohled vyvažovaný mezioborovým rámcem kongresů a možností srovnávání domácího badatelského potenciálu s evropským a zámořským. Samozřejmě i pestřejší marketingová nabídka na jarmarku metodik a instrumentální vybavenosti; aktivity, které jsou většinou úměrné velikosti a prestiži akce. Klišé dělení na „malý/velký“, jež v reálu postrádá fundamentalistických poloh, uvádíme především proto, abychom konstatovali, že žánr kongresu je i mezi rostlinnými biology stále atraktivní a do Prahy přilákal vědce z 58 zemí.

Slovo evropský, jež rezonuje v názvu akce, je třeba brát s rezervou, jakkoli na ní participují výlučně evropské organizace a převážná část účastníků na starý kontinent i patří. Pro základní rostlinný výzkum i odvozené biotechnologie je specifické, že jejich horizonty jsou výrazně spojeny s vyspělými zeměmi, ve kterých rostlinná produkce vytváří stále významnou část hrubého domácího produktu (Austrálie, Francie, Kanada, USA), ale i s těmi státy, v nichž bylo nutné naučit plodiny bojovat s extrémním stresem (Izrael). Jistou českou zvláštností pro takové ekonomicko-geografické vymezení je rozvíjející se spolupráce s Jihoafrickou republikou. Tolik k případnému listování programem kongresu, v němž se osobnosti z výše uváděných zemí vyskytovaly jako zvaní řečníci. Nejpočetnější bylo samozřejmě evropské zastoupení v čele s českou rostlinnou biologií (přes 130 účastníků), v těsném závěsu s německou (přes 100), již lze jen s mírnou nadsázkou uvést jako kolébku této disciplíny, ačkoli se Praha může pochlubit, že se zde uskutečnila světově první habilitace v oboru fyziologie rostlin v osobnosti Julia Sachse, který posléze obor rozvíjel právě na německých univerzitách. Tradičně vysokou úroveň měly i příspěvky z Belgie, Anglie, Švýcarska, USA či Japonska. Prosadila se též pořadatelská země: nejen počtem, ale také vahou sdělení.

Již volba prvních dvou plenárních přednášek předznamenala, že záběr kongresu je tematicky vymezen od molekul až po globální ekosystém. Kongres, jistě oprávněně, začal apoteózou proteinů povyšující nové poznatky klasické biochemie enzymů do služeb funkční genomiky (William Plaxton, Queen’s University, Kanada). Druhá přednáška zamířila z mikroskopického světa na globální úroveň, když se věnovala úloze rostlin v klimatické změně, kdy je dostupnost uhlíku limitující pro fotosyntézu a růst rostlin (Christian Körner, University of Basel, Švýcarsko). Konstanty programu představovaly základní kapitoly rostlinné fyziologie: funkce životního cyklu rostliny podmiňující fungování rostlin v ekosystémech, fotosyntéza, výživa rostlin, růst a vývoj – suma poznání, kterou prohlubují nové poznatky genomiky a dalších „omik“, a zároveň buněčná biologie i ekosystémová biologie. Situace, která po dobu skoro již dvou generací poskytuje nová interpretační východiska molekulární biologii a genetice. Prosazoval se i nový úhel pohledu, jmenovitě zjišťování, jak se tyto funkce dějí na pozadí proměnlivých ekologických podmínek klimatické změny (v extrémní podobě vedoucí ke stresu rostlin). Takové interakce se samozřejmě studovaly i dříve, ovšem „nový hráč“, změna klimatu, jim dodal na naléhavosti a šíři přístupu. Posouvá se tak celý rámec výkladu a kauzálního vysvětlování, přičemž se do hry zatahují i noví protagonisté: bakterie, viry, celý edafon. Účastníci prezentovali nové objevy fylogeneticky zřejmě starých způsobů jejich vzájemné komunikace, signalizace, což se ve zvýšené míře týká i dorozumívání mezi rostlinami při jejich napadení patogeny a objevování nových obranných mechanismů. Na druhé straně se v hledáčku vědy znovu ocitly ekosystémy, pokusy o kvantitativní bilancování jejich energetického výkonu, produkce biomasy i vazby na ekologické změny a jejich jednotlivé faktory. Výrazně se zvýšila poptávka po využití znalostí ve šlechtění; nové cesty k vyšším výnosům i rezistencím u základních plodin. Za zmínku jistě stojí, jakou rozmanitost studovaných rostlinných druhů kongres zprostředkoval a jak narušení monopolního postavení univerzálního modelu, Arabidopsis thaliana (huseníček rolní), přineslo i pestrost poznatků. Nikoli překvapivě opět vzrostl zájem o studium dřevin, které v klimatické změně sehrávají klíčovou úlohu.

Demografie a výnosy

Zaklínadlo nezbytnosti zvýšit výnosy základních plodin, pšenice, kukuřice a rýže, o něž se opírá výživa lidstva, rezonovalo vícehlasně. Na jedné straně mobilizující údaj, že nás bude již více jak sedm a půl miliardy, na druhé straně vědomí, že k rozplétání složité a sofistikované sítě faktorů, jež výnos skládají, přispívá většina zastoupených disciplín biologie rostlin. Jako značně zjednodušená se ukazuje běžná představa, že výnosy se spojují především s intenzitou fotosyntézy, s hromaděním sušiny. Limitujícím však může být, při stejné míře fotosyntézy, rovněž minerální výživa stejně jako úroveň sinku spojená s distribucí asimilátů či nedostatky funkce vodního režimu. Uveďme situace, při nichž jsou základní výsledky extrapolovatelné „do boje o zrno“.

Profesorka Christine Reines z univerzity v Essexu přímo měnila složení bílkovin a enzymů fotosyntetické asimilace oxidu uhličitého s využitím transgenních rost­lin (oproti obvykle akcentované snaze zvýšit absorbci světelné energie a její konverzi do biomasy a konečného produktu-výnosu) a podařilo se jí zvýšit účinnost asimilace uhlíku až o 15 %. Cesta i výsledek bezprostředně využitelný ve šlechtění. Odlišnou strategii uplatnil prof. Thomas Schmülling na Svobodné univerzitě v Berlíně. Zakládá se na skutečnosti, že rost­linné hormony, cytokininy, regulují meristematickou aktivitu v nadzemních částech rostliny. Mění kvantitativní poměry mezi vznikajícími orgány, modifikují jejich velikost a morfologickou stavbu. V modelových situacích se úspěšně testovaly možnosti změnit geneticky stabilním způsobem hladinu cytokininů v nadzemních částech řepky, ječmene, topolu, a tak ovlivnit počet a velikost orgánů vytvářejících sklizeň. Předváděný obraz modifikovaného květenství řepky již připomínal zjevení z kategorie „sci-fi“. S prof. T. Schmüllingem spolupracují i mnozí vědci z Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB). Do třetice tedy příklad odlišné cesty stejného směřování, kterou demonstroval prof. Jaroslav Doležel z Centra pro biotechnologický a zemědělský výzkum regionu Haná a ÚEB. Základním předpokladem pro šlechtitelskou práci s genomem pšenice je jeho přečtení, sekvenování. Dosud neskončilo, protože genom, vlastně skládačka tří genomů, je příliš rozsáhlý. České pracoviště ji urychlilo prostřednictvím světově uznávaného a využívaného způsobu: průtokové cytometrie, zázračného pomocníka, který v rychlosti loví jednotlivé chromozomy v synchronně se dělících buňkách kořenové špičky. Výsledkem je možnost použít pro sekvenování jednotlivý, identifikovaný chromozom, tedy mnohem efektivnější čtení odstavců namísto písmenek genetické abecedy. Poznámka k demografii: v současnosti platí, že trojnožka základních plodin – pšenice, kukuřice a rýže – zatím ještě stále produkuje dostatečný objem potravin pro lidskou populaci i skot. Problém však spočívá v distribuci produktů. Akutně se nedostávají v oblastech, které sucho mění v poušť v čím dál větším rozsahu v mnoha částech Země, nebo kde se místo setí válčí – i těchto oblastí přibývá, mj. v důsledku klimatické změny. Také v příštích letech bude nezbytné, aby výnosy vyrovnaly populační nárůst a navíc čelily klimatickým stresům, které se zřejmě zvýší. Musíme tedy hledat nové cesty k inovovaným plodinám.

Rozdávání medailí

Nemáme v úmyslu hodnotit jednotlivé přednášky či představené obory. Programová skládanka byla co do témat i úrovně velmi různorodá a jako celek potvrdila, že domácí badatelé patří v mnoha disciplínách ke světové třídě, že vytvářejí uznávané školy. Tradičně například v oblasti rostlinných hormonů, jež je spjata s pražským a olomouckým pracovištěm ÚEB, Centrem regionu Haná i Masarykovou a Mendelovou univerzitou v Brně, které spolupracují se Středoevropským technologickým institutem (Central European Institute of Technology – CEITEC). Dále vynikáme v epigenetických pracích (modulace exprese DNA) – Biofyzikální ústav AV ČR v Brně, na exportní úrovni se „pěstuje“ fotosyntéza – Jihočeská univerzita a Biologické cent­rum AV ČR v Českých Budějovicích a Mikrobiologický ústav AV ČR v Třeboni (centrum Algatech). Funkční genomiku proslavilo Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum v Olomouci (ÚEB a Univerzita Palackého). Reprodukční biologie, jež se soustředí na fyziologii pylu a pionýrské studie buněčného exocytu rovněž patří mezi konkurenceschopné „zboží“ – ÚEB ve spojení s katedrou experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty UK. Srovnatelný s významnými zahraničními institucemi co do investičního i tematického rozsahu je též CzechGlobe (Ústav výzkumu globální změny AV ČR), který jako součást mezinárodní sítě pracovišť přispívá ke studiu a prognostice klimatických změn. Aniž bychom přepočítávali body excelence, poukázali jsme na několika příkladech, že nikoli vždy pouze doháníme ostatní, ale že jsme ve srovnání se světem i ve vedoucí skupině.

O prezidentech a jejich vládnutí

Kongresu předsedaly dvě osobnosti české biologie: prof. Jana Albrechtová z Univerzity Karlovy a Botanického ústavu AV ČR (mj. dlouholetá předsedkyně ČSEBR a v mezikongresovém období rovněž prezidentka FESPB) a prof. Jiří Šantrůček z Jihočeské univerzity a Ústavu molekulární biologie rostlin BC AV ČR v Českých Budějovicích. Za obec rostlinných biologů zároveň instituce, které je reprezentují, zaslouží poděkování – chapeau.

Kongres je též jarmarkem. Exhibiční stánky nabízejí nástroje, s nimiž věda pracuje, jakož i vědění, na němž se zakládá. V prvním případě charakterizovala Prahu reprezentativní účast vystavovatelů obchodujících s regulací klimatických prvků ozáření, teploty a vzdušné vlhkosti i přístroji, které měří výměnu plynů – fotosyntézu; přehlídka standardních a již sofistikovanějších klimaboxů, které simulují proměnlivost kontrolovaných prvků. Vědění nabízela světově nejvýznamnější oborová periodika i respektovaná evropská nakladatelství.

Navzdory vysokým nákladům se konference hojně zúčastnili domácí vědci, což dosvědčuje jejich schopnosti při získávání grantů. V kongresovém hemžení nezanikla účast seniorů, ovšem mladistvé tváře nastupující generace byly nepřehlédnutelné. Zúročilo se tak úsilí prezidentů, kteří zvali i seniory mateřské organizace (ČSEBR) a „zaměstnali“ studenty a doktorandy z Katedry experimentální biologie rostlin PřF UK jako asistenty mikrofonů v přednáškových sálech. Pozvat se podařilo v jubilejním roce i Karla IV., kterého představila medievalistka dr. Eva Doležalová z Historického ústavu AV ČR – účast­ník kongresu by měl vědět, že se nachází nejen v geografickém, ale též mocenském centru Evropy, jakkoli dobou vzdáleném.

Závěrečná poznámka

Kongres představil na mezinárodním fóru čitelnou vizitku českých experimentálních rostlinných biologů. Přesvědčil, že jejich organizace, ČSEBR, je aktivním účastníkem evropské pospolitosti a sehrává významnou roli v obou oborových evropských institucích: FESPB a EPSO. Ukotvení ČSEBR na oborové katedře Přírodovědecké fakulty UK poskytuje potřebnou dynamiku studentských aktivit a vědeckého zázemí. Konference rovněž potvrdila status Prahy jako významného kongresového centra. Závěrem připojujeme povzdech, že samozřejmost fungování rostlin určujících naši budoucnost je natolik banální, že se na ni zapomíná, což však kongres nejen připomněl, ale také zdůraznil. Více na http://www.europlantbiology2016.org/.

JAN KREKULE,
Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.

Celý článek je převzatý z Akademickéhu bulletinu AVČR.