Kukuřice, která se klonuje

Hodinu za Mexico City taxík odbočí z hlavní silnice a hluk a ruch na dálnici utichnou. Kolem ocelové brány a bílé strážnice vcházíme do dobře udržovaného areálu Mezinárodního centra pro zlepšení kukuřice a pšenice, známého pod španělskou zkratkou CIMMYT (vyslovováno SIM-it). Je to farma maskující se jako malá Organizace spojených národů. Řada vlajek vzdává hold zemím, které financují práci organizace: vytváření lepších plodin pro chudé farmáře v rozvojovém světě.

Dále vpředu je řada bílých značek, z nichž každá stojí před malým čtvercovým pozemkem, kde se ve vánku houpají chlupaté hlavy pšenice. Toto je chodník slávy zemědělství; na těchto cedulích jsou názvy odrůd pšenice, které se objevily z pěstitelských oblastí CIMMYT před čtyřmi desetiletími: Sonora, Yaqui, Kauz, Sujata, Sonalika a další. Tyto odrůdy, které odolávají chorobám a produkují nebývalé výnosy, dobyly Asii a vytlačily tradiční odrůdy pšenice a starší způsoby hospodaření. Hvězdy zelené revoluce, nové odrůdy rozpoutaly fenomenální nárůst produkce obilí, který umožnil Číně a Indii, aby se samy nasytily. Dopad nových zrn byl skutečně tak velký, že vynesly Normanu Borlaugovi, původnímu řediteli programu pro pšenici CIMMYT, Nobelovu cenu za mír v roce 1970.

Ale počkej. Nemá to být Mezinárodní centrum pro zlepšení kukuřice a pšenice? Kukuřice, jak většina světa nazývá kukuřici, je po rýži druhou nejrozšířenější plodinou; je to pozoruhodně účinná továrna na přeměnu slunečního světla, půdy a vody na potravu pro lidi a zvířata. Předpokládá se, že během několika příštích let kukuřice překoná rýži a převezme první místo. Tak kde je kukuřice? Proč chybí na chodníku slávy?

Jak může potvrdit každý, kdo projel Středozápad, vynikající odrůdy kukuřice určitě existují. Ale robustní rostliny s vysokým výnosem, které pokrývají venkov v Iowě, jsou mimo dosah většiny chudých a samozásobitelských farmářů na světě – přesně těch lidí, kterým byl CIMMYT založen, aby pomáhal. Problém je v tom, že pokud farmáři chtějí pěstovat ty špičkové odrůdy – obecně vysokooktanové hybridy, které osivářské společnosti vytvářejí křížením dvou výrazně odlišných inbredních linií – musí každý rok kupovat nové osivo. Chudí farmáři si to prostě nemohou dovolit.

Každoroční potřeba čerstvého semene je zčásti důsledkem biologického nutkání kukuřice se pářit volně a bez rozdílu. Pšenice, stejně jako rýže, praktikuje bezpečný sex sebesex. Každá květina se sama opyluje a produkuje dceřiné rostliny, které jsou téměř přesnými kopiemi svých rodičů – alespoň to je případ čistokrevných odrůd pšenice, jako jsou ty, které vydala CIMMYT. V důsledku toho mohou zemědělci využít část každoroční sklizně na semeno a odrůdy lze snadno sdílet a předávat z pole na pole, od jednoho farmáře k druhému.

Kukuřice je naproti tomu nejpromiskuitnější z rostlin. Jeho střapce – mužské genitálie – vynášejí miliony pylových zrnek do větru a náhodně oplodňují blízké klasy kukuřice, ženské genitálie. Potomstvo rostliny se proto může enormně lišit v závislosti na tom, který pyl putoval do sousedství. Takže bez ohledu na to, jak pečlivě šlechtitelé CIMMYT konstruují vylepšené odrůdy kukuřice, genetická identita těchto linií se rychle rozpadne, když jsou vypuštěny do genetického tavícího kotlíku na polích farmářů. Nové vlastnosti – vyšší výnos, schopnost odolávat suchu, odolnost vůči chorobám – mají tendenci se rozplývat a dokonce mizet.

Problém variability je ještě větší u hybridních odrůd osiv, které společnosti upřednostňují. Pro kukuřici a dokonce i pro samosprašné rostliny nejsou potomci hybrida nic jako originál.

Kdyby se tak kukuřice mohla množit úplným vynecháním opylování a klonováním sama sebe. Myšlenka není tak přitažená za vlasy, jak by se mohlo zdát. Několik rostlin to dělá přirozeně a vytváří semena bez sexu v procesu zvaném apomixis. Pampelišky se rozmnožují prostřednictvím apomixie; stejně tak asi 400 dalších rostlinných druhů, včetně alespoň jednoho divokého příbuzného kukuřice. Tak proč ne kukuřice? Pokud by někdo dokázal přepnout přepínač a udělat kukuřici apomikickou, CIMMYT by mohl být konečně schopen vyrobit vysoce produktivní odolné odrůdy, které by chudí farmáři mohli sdílet se svými sousedy a rok co rok znovu zasadit z vlastní sklizně.

Richard Jefferson, zakladatel Centra pro aplikaci molekulární biologie v mezinárodním zemědělství v Canbeře v Austrálii, říká, že důsledky apomixie jdou daleko za kukuřici. Potenciál samoklonovacích rostlin, říká, je tak hluboký a podvratný, že šlechtitelé rostlin, obecně opatrná a podceňovaná parta, by nikdy nepřiznali, že o tom snili, pokud je předtím neopijete.

Kromě toho, že by apomixis přinesl hybridní a další vynikající odrůdy kukuřice na dosah i těm nejchudším farmářům, umožnil by široké použití vysoce výnosné hybridní rýže, rostlin, jejichž semena jsou v současné době drahá a obtížně se vyrábějí ve velkých množstvích. Apomixis by mohla pomoci odstranit choroby z manioku, základní africké plodiny, která se pěstuje přesazováním kousků hlíz z mateřských rostlin, z nichž některé přenášejí choroby.

Po více než deseti letech práce se výzkumníci z CIMMYT a hrstky dalších laboratoří po celém světě konečně zaměřují na apomixis. S pomocí nových genomických informací a nástrojů vylaďují geny, které řídí reprodukci rostlin, a doufají, že zopakují samoklonovací proces v kukuřici a dalších důležitých plodinách. Pokud uspějí – a zdá se, že jsou přesvědčeni, že nakonec, možná v dalším desetiletí, budou – apomixis otevře dveře revoluci ve světové produkci potravin, říká Wayne Hanna, genetik z amerického ministerstva zemědělství v Tiftonu, GA.

To se může zdát jako technologický cíl, se kterým by jen málokdo mohl argumentovat. Přesto panuje nejistota, zda bude apomix někdy povolen na farmářských polích. Dvě protichůdné síly by se mohly ocitnout jako nepravděpodobní spojenci ve snaze ji zablokovat: politická opozice vůči genetickému inženýrství a finanční ohledy zemědělských společností, které patří mezi hlavní sponzory výzkumu apomixie.

Několik chlapů bylo po mnoho let blázni do apomixie, říká Daniel Grimanelli, mladý vědec, který je již prošedivělým veteránem v oboru. Grimanelli se usadil na terase před aplikovaným biotechnologickým centrem CIMMYT a dává si dopolední přestávku od vědy. Soudě podle jeho třídenního strniště, slunečních brýlí, cigarety a potrhané bundy se Grimanelli mohl stejně věrohodně vynořit z vážného ohýbače. Díky společnému jmenování do CIMMYT a Institut de Recherche pour le Dveloppement ve francouzském Montpellier byl Francouz před deseti lety transplantován do Mexika, ale anglicky mluví výmluvně a důrazně.

V 70. a na začátku 80. let, pokračuje Grimanelli, byli v podstatě čtyři kluci: Yves Savidan ve Francii, Wayne Hanna v Gruzii, Victor Sokolov v Rusku a Gian Nogler ve Švýcarsku. Apomixis byla v té době botanická kuriozita, nic víc. Hanna si vzpomíná, jak se s ním setkala v podobě některých podivně vyhlížejících rostlin čiroku v texaském skleníku; Sokolov, daleko v sibiřském městě Novosibirsk, zasvětil svou práci trávě gama, příbuzné kukuřici; a Savidan, pracující v té době na Pobřeží slonoviny, dostal výběr divokých západoafrických trav.

Všechny tyto rostliny se účastní zvláštní formy reprodukce. Jejich vaječníky samy produkují nová embrya jako klony mateřské rostliny. Přesto několik z těchto rostlin také provozuje sex. A tak starší státníci z apomixis studovali vzorce, kterými se tento konkrétní genetický rys dědí, když se apomiktické rostliny páří se svými neapomiktickými příbuznými. Nakonec jsme zjistili, že se tato vlastnost chovala jako jediný dominantní gen, říká Savidan, který nyní řídí mezinárodní partnerství Agropolis, veřejně financovaného výzkumného konsorcia v Montpellier. Byl to ohromující závěr a Grimanelli říká, že to vedlo k odvážné myšlence: Když je to tak jednoduché, proč to nedat do plodin? Proč nezkřížit kukuřici s apomiktickým příbuzným? Snadný!

Snadno, opakuje Grimanelliho kolega Olivier Leblanc zatvrzele.

Grimanelli a Leblanc představují spojení mezi ranou generací takových výzkumníků apomixie jako Savidan, kteří používali tradiční šlechtění rostlin, a novou vlnou výzkumníků, kteří využívají molekulární markery, genomická data a genetické inženýrství. Savidan přesunul svůj výzkum apomixie do
CIMMYT na konci 80. let a o pár let později se k němu přidali Leblanc a Grimanelli. Vypadalo to jako ideální místo. Za prvé, klimaticky řízený trezor CIMMYT plný vzorků semen obsahoval pokladnici semen z gama trávy, keřovité rostliny, která je nejbližším apomiktickým příbuzným kukuřice. Ještě důležitější je, že poslání CIMMYT zlepšit plodiny pro farmáře v rozvojovém světě se dokonale shodovalo s potenciálními přínosy apomixie.

Ale desetiletí tradičního šlechtění rostlin přineslo jen frustraci. Vědci se pokusili zkřížit gama trávu a kukuřici. Vyrobili 300 000 hybridních rostlin, výtvorů s podivnými kombinacemi rysů obou rostlin. Pokusili se zpětně zkřížit tyto hybridní rostliny s běžnou kukuřicí v naději, že je každá generace přiblíží apomiktické verzi kukuřice. Apomixis nevyhnutelně někde na dlouhé cestě ke kukuřici zmizela.

Crazy corn: CIMMYT zkřížil kukuřici s gama trávou a vytvořil řadu podivně vyhlížejících rostlin. Gamma tráva je uprostřed ( viz také horní obrázek ).

Ale stejně jako starý přístup umíral, zrodil se nový. V roce 1999 CIMMYT podepsala smlouvu s francouzskou semenářskou společností Limagrain; divize švýcarského farmaceutického gigantu Novartis, ze které se mezitím stala Syngenta; a největší světovou semenářskou společnost Pioneer Hi-Bred. Dohoda poskytla centru financování a přístup k soukromým databázím kukuřičného genomu. Nové nástroje se staly tak mocnými, říká Grimanelli. Můžete klonovat geny, modifikovat geny, exprimovat geny. On a Leblanc se pustili do pátrání po genech apomixis, prosévali části DNA, které byly přítomny v apomiktické formě gama trávy, ale ne v sexuální verzi. Sledovali tyto geny k velkému bloku DNA, přibližně jedné třetině chromozomu, který je vždy přítomen v apomiktické formě gama trávy. Aby našli specifické geny v tomto obrovském poli DNA, vědci vrhají transpozony - malé kousky DNA, které se náhodně vkládají do chromozomů - do tohoto bloku DNA. Doufají, že se transpozony vloží do genů, které jsou důležité pro apomixis, a naruší proces. Když k tomu dojde, výzkumníci by měli být schopni lokalizovat transposon a s ním klíčový gen - který by pak mohli vložit do kukuřice. Ale výzkumníci CIMMYT nejsou sami ve svém hledání genetických klíčů k apomixii. Do lovu se zapojila horda dalších výzkumníků, z nichž někteří jsou sponzorováni malými biotechnologickými startupy. Konkurenční projekty vyrostly v Německu, Švýcarsku, Austrálii, Spojeném království, Francii, Mexiku, Kalifornii, Texasu a Utahu. Většina nově příchozích nedoufá, že přenesou geny apomixis z jednoho druhu na druhý – například z gama trávy do kukuřice. Místo toho si pohrávají s načasováním vlastních genů rostlin, aby je přiměli k reprodukci bez oplodnění. Vědci zpracovávají detaily této syntetické apomixie prostřednictvím experimentů s jejich oblíbenou laboratorní krysou, malou rostlinou hořčice tzv. Arabidopsis thaliana . Výzkumníci CIMMYT, jejichž úsilí se také bude do značné míry spoléhat na genomická data ze známějších rostlin, jako je např. Arabidopsis , řekni skok z Arabidopsis s kukuřicí bude pravděpodobně obtížnější, než mnozí výzkumníci očekávají. Ale přesto se to prý stane. Neuvěřitelná dynamika tolika lidí, kteří na tom pracují, se nezapře, říká Grimanelli.

Skok z laboratoře do pole se však v dnešní době zdá být stejně skličující. Apomiktická rostlina kukuřice bude geneticky modifikovaný organismus a ve většině světa takové organismy nejsou vítány. Úřady Evropské unie neschválily výsadbu ani dovoz žádné nové geneticky upravené plodiny od roku 1998. Navzdory rozšířenému hladu Zambie nedávno odmítla americkou potravinovou pomoc, protože zásilky obsahovaly geneticky upravenou kukuřici. A poslední čtyři roky Mexiko nedovolilo CIMMYT testovat geneticky upravenou kukuřici mimo skleník. Pokud se odpůrci genetického inženýrství prosadí, žádná geneticky upravená kukuřice na mexické půdě nikdy nevyroste.

Mexiko je pravlastí kukuřice, místem, kde starověké národy poprvé domestikovaly tuto plodinu. Je to také jedinečná světová zásobárna genetické rozmanitosti kukuřice: Mexičtí farmáři udržují úžasný počet odrůd kukuřice. Mexická kukuřice je přizpůsobena obrovskému množství podnebí a dodává se s zrny v černé, bílé a všech barvách mezi nimi.

Když tedy vědci před rokem a půl oznámili, že na vzdálených kukuřičných polích jižního Mexika našli stopy geneticky upravené kukuřice, znepokojilo to zejména ty, kteří se obávali o genetickou rozmanitost tohoto jedinečného zdroje. Přestože výsledky studie byly ostře zpochybněny jinými výzkumníky, někteří ekologové se domnívají, že odhalila katastrofu epochálních rozměrů. Mezoamerické centrum zemědělské biodiverzity je kontaminováno GM [geneticky modifikovanou] kukuřicí, oznámila ETC Group, aktivistická organizace se sídlem v kanadském Winnipegu. Greenpeace prohlásilo, že tato nezodpovědná kontaminace ohrožuje celou genetickou strukturu populací kukuřice.

Obraz umělých rostlin, které otravují biologickou studnu, je silný, ale zavádějící, říká Mauricio Bellon, lidský ekolog CIMMYT, který studoval udržování svých tradičních odrůd nebo krajových odrůd mexickými farmáři: Lidé si myslí, že krajové odrůdy jsou jako křehké vázy v muzeu, ale není tomu tak. Landrasy nejsou čisté a nejsou statické, říká Bellon. Mexičtí farmáři, jak zjistil, neustále přivážejí nové semeno od sousedů a dokonce i ze vzdálených vesnic, aby přidali a doufali, že oživí svá pole. Je to trochu jako zamíchání karet z nového balíčku, abyste zvýšili šance na výherní kombinaci. Dobré karty – vynikající genetické vlastnosti – mají šanci zůstat ve hře. Farmáři se je snaží vybrat k opětovné výsadbě v následujícím roce a špatné karty odhodí.

Neexistuje žádný zjevný důvod, proč by geneticky upravené plodiny měly vytlačit nebo zničit genetickou rozmanitost Mexika, říká Bellon. Nové geny by se staly součástí směsi a přetrvaly by pouze v případě, že by se farmářům výsledky líbily. Spěchá však dodává, že geneticky upravená kukuřice v Mexiku může představovat další rizika, která je třeba pečlivě zvážit.

Ve skutečnosti téměř každý, kdo prozkoumal vlnu odporu vůči geneticky upraveným plodinám – v Mexiku i jinde – objevil řadu motivací. Obavy o integritu přírody a bezpečnost potravin se mísí s nepřátelstvím vůči společnostem, které tuto technologii prosazují na trh. Mexiko uvalilo moratorium na výsadbu veškeré geneticky upravené kukuřice, například ne, když CIMMYT provedl své první polní pokusy, ale když Monsanto se sídlem v St. Louis a další společnosti začaly lobbovat za schválení prodeje jejich geneticky upravené plodiny mexickým farmářům.

S antipatií vůči biotechnologii se člověk setkává ve skutečnosti i v rámci CIMMYT. Šlechtitelé křupavých rostlin CIMMYT někdy zavrhují biotechnologický program své organizace jako bonmot, drahý výstřelek, který promrhal miliony dolarů, aniž by farmářům dodal jediný užitečný produkt. Mnohým se nelíbí dohody doprovázené klauzulemi o důvěrnosti a dohodami na ochranu duševního vlastnictví – biotechnologové společnosti CIMMYT udeřili se společnostmi. Tito kritici říkají, že centrum by se mělo zodpovídat pouze nejchudším farmářům světa, nikoli nadnárodním biotechnologickým impériím. V tomto bodě – kde se humanitární mise CIMMYT setkává s cíli soukromého podnikání – dostává příběh o apomixi svůj poslední ironický zvrat. Neboť podle některých pozorovatelů jsou firemní přátelé apomixie také její nejhorší nepřátelé.

Důvod je jednoduchý: osivářské společnosti mají finanční motivaci, aby udržely samoklonující se kukuřici mimo ruce farmářů, protože apomixis narušuje přirozený druh ochrany proti kopírování. Semenářské společnosti prodávají převážně hybridy nejen proto, že vynášejí více, ale také proto, že rozdíly mezi hybridní kukuřicí a jejími potomky jsou výraznější než u inbredních linií. Tyto rozdíly vedou zemědělce každý rok zpět k prodejci pro čerstvé zásoby osiva. Na druhé straně apomiktičtí hybridi se mohli přesně reprodukovat - a to by bylo špatné pro obchod.

Není proto překvapením, že mnoho pozorovatelů věří, že firmy sponzorující výzkum CIMMYT chtějí apomixis používat hlavně jako interní nástroj pro urychlení komplikovaného procesu šlechtění hybridů a produkce semen. Před prodejem osiva farmářům by společnosti mohly deaktivovat schopnost samoklonování. Myšlenka v oboru semen je taková, že apomixis by byl užitečnější, kdybyste jej mohli vypnout, říká Anthony Cavalieri, viceprezident pro vývoj vlastností a technologií ve společnosti Pioneer Hi-Bred. Firemní sponzoři CIMMYT mohou nakonec vidět špičkové apomiktické hybridy od CIMMYT jako konkurenci. Pokud ziskový sektor kontroluje apomixis jako nástroj, nebude chtít, aby jej využíval veřejný sektor k výrobě samoreprodukujících se hybridů, říká Gary Toenniessen, který řídí programy Rockefellerovy nadace v globálním zemědělství. A každá společnost, která má patenty na zásadní kus technologie apomixis, by byla schopna zablokovat její použití, alespoň dokud patent nevyprší.

V roce 1998 Centrum Jeffersona z Austrálie pro aplikaci molekulární biologie v mezinárodním zemědělství pomohlo přesvědčit více než 20 předních výzkumníků apomixie z celého světa, aby prohlásili svůj nesouhlas s korporační kontrolou výzkumu. Takzvaná deklarace Apomixis uvedla: Jsme hluboce znepokojeni tím, že současný trend směřující ke konsolidaci vlastnictví rostlinné biotechnologie v několika málo rukou může vážně omezit přístup k cenově dostupné technologii apomixis. Bohužel, říká Jefferson, vědci jsou nevýslovní. Mnoho výzkumníků apomixis se od té doby přihlásilo do soukromých společností.

Vědci z CIMMYT trvají na tom, že v tom není žádný problém. Tvrdí, že jejich firemní sponzoři souhlasili s tím, že umožní centru distribuovat apomiktickou kukuřici chudým farmářům v rozvojových zemích. Je to naprosto jasné, říká Olivier Leblanc. Pro klienty CIMMYT je zde naprostá svoboda. Ale i Yves Savidan, architekt spolupráce CIMMYT apomixis s průmyslem, začal být skeptický. Pokud nemáte kontrolu nad vším, nemáte kontrolu nad ničím, říká.

Ještě předtím, než budou první apomiktická samoklonovací semena kukuřice připravena k zasetí, rýsuje se vyhlídka, že politické debaty a firemní zájmy otráví půdu. A to by poškodilo nejen budoucnost chudých zemědělců, ale i pověst zemědělské biotechnologie – oboru, který je již pronásledován obviněními, že jeho věda neudělala pro lidské dobro dost.

Produkce biotechnologických plodin, které krmí chudé a zlepšují životy farmářů v rozvojovém světě, by taková obvinění přesvědčivě vyvrátila. David Hoisington, ředitel biotechnologického programu CIMMYT, věří, že takové plodiny jsou na cestě. První geneticky upravená kukuřice CIMMYT, neapomiktická odrůda, která odpuzuje červce stébelnatého, je připravena k polním testům. Zhruba v dalším desetiletí by spiknutí apomiktické kukuřice mohla znamenat nový zápis na CIMMYT Walk of Fame. Tato technologie je tak mocným nástrojem pro řešení problémů, říká Hoisington, že je třeba ji přijmout.

skrýt