Česká kryobanka chrání rostlinnou biodiverzitu pro budoucnost

,,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 kryobankynejde 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.

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.

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.

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.

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.

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.