Česká kryobanka chrání rostlinnou biodiverzitu pro budoucnost

Česká republika se může pochlubit unikátní kryobankou rostlin, která již více než dvacet let hraje klíčovou roli v ochraně genetické rozmanitosti ohrožených, vzácných, krajových či hospodářsky významných plodin. Rostlinné poklady naší země jsou v tomto specializovaném zařízení uchovávány pro další generace v kapalném dusíku při teplotách -196 °C. Českou kryobanku spravuje CARC (Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu, v. v. i.) ve svém areálu v Praze – Ruzyni.

„Naše kryobanka představuje záruku proti vymizení ohrožených druhů a zároveň uchovává cenné genetické zdroje pro současný i budoucí výzkum a udržitelné zemědělství. Zaměřuje se na důležité plodiny pro výživu, které nelze uchovávat prostřednictvím semen, jako jsou česnek, chmel, brambor, réva vinná, ovocné stromy a keře a jejich planí příbuzní. V současnosti máme v kryobance uloženo přes čtyři stovky reprezentantů vegetativně množených druhů rostlin, a to po desítkách vzorků od každého,“ vysvětlil ředitel CARC RNDr. Mikuláš Madaras, Ph.D.

Podle Ing. Jiřího Zámečníka, CSc., výzkumníka z týmu Fyziologie a kryobiologie rostlin CARC a jednoho ze spoluzakladatelů kryobanky nejde jen o pasivní uchovávání vzorků. „Aktivně se podílíme na šlechtitelských programech, obnově ekosystémů i vědeckém výzkumu, poskytujeme vzorky pro pěstování vegetativně množených plodin. Smyslem kryobanky je také podpora využití genofondu“ doplnil.

První byli kuřata a býci, pak medicína a nakonec rostliny

Prvotním impulsem pro vznik kryobank ve 40. letech 20. století byla potřeba uchovat reprodukční materiál hospodářských zvířat, především býčí sperma, i když prvním úspěšně kryoprezervovaným materiálem bylo kohoutí sperma. Od 50. let se budují

kryobanky zaměřené medicínsky. V souvislosti s umělým oplodněním se začalo zamrazovat lidské sperma či vajíčka a postupně přibyly pupečníková krev, kmenové buňky a tkáně pro transplantace. Od 70. let minulého století se zaměření kryobank pozvolna rozšířilo i na rostlinný materiál, včetně pylu. Základem pro moderní kryoprezervační metody se stala práce japonského vědce Akiry Sakae, který v roce 1956 úspěšně zmrazil a uchoval rostlinná pletiva při teplotě kapalného dusíku -196 °C. Významným objevem byl proces rychlého zmrazování, při kterém se netvoří ledové krystaly. Tato metoda s názvem vitrifikace je dodnes velice rozšířená.

Myšlenku vytvoření české rostlinné kryobanky inicioval Ing. Vladimír Skládal, CSc. z Výzkumného ústavu rostlinné výroby v Ruzyni – dnes již CARC. „Prvních zkušeností a poznatků jeho tým nabýval od předních světových odborníků v této oblasti a samotné založení české kryobanky předcházel desetiletý vývoj kryoprotokolů pro různé druhy plodin, postupů, které minimalizují poškození buněk během zamrazování a rozmrazování,“ upozornil RNDr. Alois Bilavčík, Ph.D., vedoucí výzkumného týmu Fyziologie a kryobiologie rostlin CARC. „V Ruzyni byla následně vybudována specializovaná laboratoř vybavená technologií pro práci s kapalným dusíkem a uchovávání vzorků při ultra nízkých teplotách. Kryobanka vegetativně množených plodin pak oficiálně vznikla v roce 2003 na zasedání Rady genetických zdrojů rostlin v Žatci,“ dodal.

Fungování kryobanky

Kryokonzervace při extrémně nízkých teplotách zastavuje všechny biologické procesy a umožňuje jejich zachování v původním stavu. Klíčovým krokem je precizní příprava vzorků. „Převod rostlin z venkovních podmínek do sterilního laboratorního prostředí je technologicky náročný proces, při kterém se odstraní kontaminanty, bakterie, houby a jiné mikroorganismy. Pak jsou vzorky postupně zmrazovány a uloženy v Dewarových nádobách, s kapalným dusíkem. Díky tomu rostliny nedegradují, zůstávají vitální a je možné je kdykoliv opět rozmrazit a regenerovat,“ konstatoval Jiří Zámečník a dodal: „Pokud se zásoby vzorků v kryobance sníží, musíme genetické zdroje namnožit a znovu uložit. Vzorky vybírají a doporučují ke kryoprezervaci kurátoři kolekcí, kteří nejlépe znají kolekce genetických zdrojů.“

V současné době probíhají v kryobance přípravné práce na uchování krajově významné ovocné dřeviny kdouloně, kterou v posledních letech kriticky ohrožuje bakteriální patogen a bez uložení do sterilního prostředí kryobanky by se o genofond přišlo. V rámci evropského projektu Euralliveg byla založena tzv. tripartitní kryobanka česneku, kde si vzájemně genetický materiál této plodiny z bezpečnostního hlediska skladují v české, německé a polské kryobance.

„Česká republika uchovává jednu z největších sbírek genotypů česneku na světě. Jsou to nové i staré odrůdy a krajové odrůdy. Tato sbírka je spravována v naší výzkumné stanici v Olomouci, kde se každoročně vysazuje přibližně šest set genotypů na pole. Uchovávání česneku v kryobance slouží jako bezpečnostní duplikace k polní sbírce,“ uvedl Jiří Zámečník. V České republice máme podle něj řadu krajových klonů a genotypů, které jsou často pěstovány a vybírány po

generace. „Tyto odrůdy se právem řadí mezi kulturní dědictví. Význam česneku tkví i v jeho farmakologickém potenciálu díky protizánětlivým a antimikrobiálním účinkům. Je nutné uchovat genetický materiál pro budoucí výzkum a použití“ zdůraznil.

Kryobanka, mladší sestra genobanky

Při současných globálních klimatických změnách se stále více ukazuje potřeba plodin odolných vůči extrémním podmínkám. Laboratoř kryobanky se podílí na testování plodin a jejich šlechtění na suchovzdornost a mrazuvzdornost. Kryobanka spolupracuje na uchování genetických zdrojů rostlin s českou genobankou, vzájemně se doplňují. Sdílejí stejné základní cíle a funkce, jejich zaměření, postupy a technologie se ale liší. Zatímco genobanky se zaměřují na skladování semen, kryobanky uchovávají vegetativní části rostlin, které nelze rozmnožovat semeny.

Genobanky skladují semena, která jsou předsušena a udržována při nízké vlhkosti a teplotách kolem -18 °C. Tento přístup je méně technicky náročný a umožňuje uchovávat genetický materiál plodin, jako jsou obilniny, luštěniny nebo zeleniny, po desítky až stovky let. Regenerace těchto vzorků je relativně jednoduchá a spočívá ve výsevu semen a opětné sklizni nových semen.

Naproti tomu práce se vzorky v kryobance je složitější a v počátku nákladnější. Od 10. roku skladování je však již uchovávání genofondu rostlin v kryobance lacinější než každoroční polní kultivace v genobankách. Regenerační procesy v kryobance jsou často spojené s in vitro kultivací, tedy pěstováním rostlin v laboratorních podmínkách.

Mezinárodní spolupráce

Kryobanka spolupracuje s českými plodinovými ústavy, zemědělskými univerzitami a dalšími subjekty. Je rovněž součástí rozsáhlé mezinárodní sítě pro uchování genofondu rostlin, která sdružuje výzkumné instituce, botanické zahrady a genové banky po celém světě. Spolupracuje s evropskými partnery na základě bilaterálních smluv, například mezi Norskem a Českou republikou, nebo v rámci programů na ochranu genetických zdrojů. Příkladem jsou European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources (ECPGR) nebo COST Action CA21157 Copytree. Propojena je s iniciativami podporujícími mezinárodní sdílení genetických zdrojů, jako jsou např. Global Crop Diversity Trust nebo FAO.

„Výměna poznatků a metod je pro nás klíčová. Účastníme se mezinárodních konferencí, sdílíme protokoly kryokonzervace s kolegy v zahraničí, organizujeme pro ně workshopy a školení. Naše práce pomáhá chránit ohrožené druhy nejen v Česku, ale i v dalších zemích. Díky těmto partnerstvím se kryobanka podílí na globálních snahách o ochranu rostlinné rozmanitosti,“ uvedl Bilavčík.

Budoucnost kryobanky

Kryobanky mají a budou mít i nadále klíčový význam při uchovávání genofondů vegetativně množených plodin. Očekává se tedy jejich neustálý rozvoj. Databáze

uchovávaných druhů se budou rozšiřovat, technologický pokrok přinese zlepšování metod konzervace a posílí také mezinárodní spolupráce a vzájemná dostupnost genetických dat. „Posílí jistě automatizace a robotizace v oboru. Již nyní se testují roboti, kteří přesně krájí rostlinné vzorky laserem a ve sterilních podmínkách přesazují rostliny. Budeme více používat bioreaktory, kultivační nádoby, sekvenování DNA při hodnocení vzorků a další vyspělé postupy a zařízení,“ nastínil budoucnost Jiří Zámečník.

„Kryobanka je klíčová pro budoucí generace, které budou čelit novým výzvám, jako jsou klimatické změny či zajištění potravinové bezpečnosti. Přináší naději pro ohrožené druhy a zároveň cenné zdroje pro budoucí vědecký výzkum a inovace v oblasti zemědělství a ekologie,“ je přesvědčen Alois Bilavčík.

Kontakt pro média:

RNDr. Alois Bilavčík, Ph.D.

vedoucí výzkumného týmu Fyziologie a kryobiologie rostlin CARC e-mail: alois.bilavcik@carc.cz

mobil: 601 322 489