Obsah
- Výkonný souhrn: Klíčové poznatky a výhled do roku 2025
- Tržní prognóza: Celosvětové výdaje na genomiku a přijetí (2025–2029)
- Přehled nemocí: Biologie a dopad rzi na tvrdozrnné pšenici
- Genomické technologie: Aktuální platformy a inovace
- Hlavní hráči a spolupracující iniciativy (např. CIMMYT, John Innes Centre)
- Analýza pipeline: Vedoucí odrůdy odolné vůči rzi a pokusy
- Regulační okolnosti: Schválení, standardy a vývoj IP
- Barriers and Opportunities: Technické, ekonomické a regionální poznatky
- Případová studie: Úspěšné genomické intervence v řízení rzi
- Budoucí výhled: Strategické mapy a rozvíjející se trendy do roku 2029
- Zdroje a odkazy
Výkonný souhrn: Klíčové poznatky a výhled do roku 2025
Nemoci rzi tvrdozrnné pšenice—zejména ty způsobené Puccinia graminis f. sp. tritici (stéblová rzi), P. striiformis (pruhová rzi) a P. triticina (listová rzi)—zůstávají významnou hrozbou pro celosvětovou produkci tvrdozrnné pšenice. Využitím pokroku v genomice urychlují účastníci v roce 2025 vývoj odolných odrůd a rychlých systémů monitorování nemocí. Klíčové poznatky a výhled do blízké budoucnosti jsou následující:
- Šlechtění zaměřené na odpor pomocí genomiky: Nejnovější verze referenčního genomu Triticum turgidum (tvrdozrnné pšenice) usnadnily identifikaci lokusů rezistence proti rzi. Hlavní výzkumné konsorcia a šlechtitelé nasazují asistenci markerů a studie asociací na celém genome, aby rychle introgressovali geny rezistence, jako je Sr13 a nová QTL rezistence na stéblovou rzi, do elitního germplazmu (CIMMYT).
- Monitorování a včasné varování: Genomické platformy pro monitorování, včetně rychlé genotypizace patogenů a diagnostiky na poli, jsou nyní integrovány do globálních systémů monitorování rzi pšenice. Iniciativy vedené organizacemi, jako je Organizace pro výživu a zemědělství OSN (FAO) a Borlaug Global Rust Initiative (BGRI), podporují sdílení dat v téměř reálném čase a detekci vznikajících virulentních racek rzi.
- Vznikající virulence a správa genů: Probíhající evoluce virulentních racek rzi, včetně nových variant linií Ug99 a patotypů pruhové rzi, vyvíjí tlak na šlechtitele, aby nasadili různé a vrstvové geny rezistence. Programy správy se rozšiřují, aby zajistily trvanlivost rezistence (CIMMYT).
- Integrace dat a podpora rozhodování: Integrace genomických, fenotypových a dat z monitorování patogenů do veřejně přístupných platforem umožňuje informovanější rozhodování a spolupráci v reakci na epidemie. Iniciativa pšenice a její partnery hrají centrální roli v harmonizaci dat a budování kapacity.
Do roku 2025 a dále se očekává, že spojení genomických technologií, mezinárodní spolupráce a digitálních platforem dále urychlí šlechtění tvrdozrnné pšenice s trvalou rezistencí vůči rzi a posílí globální připravenost na choroby. Pokračující investice do genomické infrastruktury a mezioborového partnerství zůstávají klíčové v rámci boje proti vyvíjejícím se hrozbám patogenů a zajištění produkce tvrdozrnné pšenice po celém světě (CIMMYT).
Tržní prognóza: Celosvětové výdaje na genomiku a přijetí (2025–2029)
Globální trh pro genomiku nemocí rzi tvrdozrnné pšenice se chystá na významný růst mezi lety 2025 a 2029, poháněný rostoucím tlakem nemocí, pokroky v sekvenačních technologiích a rostoucími investicemi jak ze strany veřejného, tak soukromého sektoru. Jak rzi—včetně stéblové rzi, listové rzi a pruhové rzi—pokračují v ohrožení výnosů tvrdozrnné pšenice po celém světě, účastníci zintenzivňují úsilí o nasazení genomických nástrojů pro monitorování, šlechtění rezistence a včasné detekce.
V roce 2025 se očekává, že celosvětové výdaje na genomiku specifické pro rzi pšenice překročí předchozí roky, s významnými příspěvky z iniciativ v Severní Americe, Evropě a částech Asie. Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) a Mezinárodní středisko pro zemědělský výzkum v suchých oblastech (ICARDA) oznámily rozšířené genomicky zaměřené šlechtitelské programy zaměřené na rezistenci na rzi, cílené na zranitelné regiony, jako je Středomoří, Jižní Asie a Severní Afrika. Tyto snahy jsou dále posilovány národními agenturami a průmyslovými partnery, kteří investují do platforem s vysokým průtokem sekvenování a bioinformatické infrastruktury.
Očekává se, že přijetí technologií příští generace sekvenování (NGS) a rychlých genotypizačních platforem urychlí, poháněné snižováním nákladů a zlepšenými analytickými procesy dat. Společnosti jako Illumina, Inc. se očekává, že se stanou klíčovými dodavateli sekvenčních technologií pro rozsáhlé sledování patogenů rzi a mapování hostitelské rezistence. Současně integrace genomických dat do digitálních šlechtitelských platforem, které nabízejí organizace jako Bayer Crop Science, umožňuje šlechtitelům rychle identifikovat a nasadit odrůdy tvrdozrnné pšenice odolné vůči rzi.
- Trendy přijetí: Do roku 2027 se očekává, že více než 60 % šlechtitelských programů tvrdozrnné pšenice v hlavních produkujících zemích bude rutině zahrnovat genomicky asistovaný výběr pro rezistenci na rzi, což znamená zdvojnásobení aktuálního míry přijetí.
- Vyhlídky na výdaje: Investice do genomiky nemocí rzi se odhaduje, že poroste průměrným ročním tempem (CAGR) 8–10 % od roku 2025 do 2029, přičemž veřejný sektor výzkumu představuje významnou část vedle rostoucí účasti soukromého sektoru.
- Geografické hotspoty: Středomoří, Severní Amerika a Jižní Asie povedou v nasazení genomiky s cílem reagovat na endemické a vznikající hrozby rzi.
- Spolupráce a inovace: Víceinstitucionální iniciativy, jako je Borlaug Global Rust Initiative (BGRI), budou urychlovat globální výměnu genomických zdrojů a dat a dále podporovat přijetí.
Do budoucna se očekává, že spojení genomiky, bioinformatiky a digitálních šlechtitelských technologií nadále transformuje krajinu řízení nemocí rzi v tvrdozrnné pšenici, čímž se genomika stane základním kamenem globálních strategií bezpečnosti potravin.
Přehled nemocí: Biologie a dopad rzi na tvrdozrnné pšenici
Tvrdozrnné pšenice, ceněná pro svůj použití v těstovinách a semolině, čelí trvalé hrozbě ze strany nemocí rzi—zejména stéblové rzi (Puccinia graminis f. sp. tritici), listové rzi (Puccinia triticina) a pruhové rzi (Puccinia striiformis f. sp. tritici). Tyto houbové patogeny se rychle vyvíjejí, poháněny mutacemi a rekombinací, což vede k novým virulentním rasám, které překonávají geny rezistence v odrůdách pšenice. V roce 2025 urychluje integrace genomiky do výzkumu rzi procesy, které poskytují novějším pohledům na evoluci patogenů, interakce hostitel-patogen a udržitelné strategie kontroly.
Genomové sekvenování houbových patogenů rzi odhalilo rozsáhlou genetickou rozmanitost a plasticitu. Například genom linie Ug99—jedné z nejdevastujících kmenů stéblové rzi—byl sekvenován a porovnán s jinými izoláty, což objasnilo mechanismy virulence a adaptace. Tento přístup poháněný genomikou nyní informuje šlechtitelské programy na globální úrovni. Instituce jako Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) a ICARDA nasazují genomový výběr a výběr asistovaný markery, aby introduce rezistentní geny (jako Sr22, Sr24 a Sr35) do elitních linií tvrdozrnné pšenice, s aktivními programy v Etiopii, Maroku a Indii.
Mezi nedávné pokroky patří použití nástrojů pro editaci genů CRISPR/Cas9 a dalších, aby se ověřila funkce genů rezistence a navrhly nové zdroje rezistence. Tyto technologie, podporované veřejně-soukromými partnerstvími, jako je 2Blades Foundation, umožňují přesné úpravy v genomu pšenice pro posílení obrany proti vyvíjejícím se rasám rzi. Kromě toho velké monitorovací programy, koordinované těly jako Borlaug Global Rust Initiative (BGRI), nyní využívají diagnostiku založenou na genomice k sledování vzniku a šíření nových variant rzi v reálném čase.
Dopad nemocí rzi na celosvětovou produkci tvrdozrnné pšenice zůstává významný, s výnosovými ztrátami od 10 % до 70 % v epidemických letech. Nicméně výhled do roku 2025 a dále je optimistický. Spojení genomiky s fenotypovým testováním slibuje urychlit vývoj a nasazení rezistentních odrůd. Spolupráce mezi mezinárodními výzkumnými centry, semennými společnostmi a národními zemědělskými agenturami se očekává, že přinese nové odrůdy tvrdozrnné pšenice s trvalou rezistencí, což sníží zranitelnost systémů produkce pšenice po celém světě. Pokračující investice do genomické infrastruktury a sdílení dat budou klíčové pro udržení kroku s rychle se vyvíjejícími patogeny rzi a zajištění výnosů tvrdozrnné pšenice pro budoucí generace.
Genomické technologie: Aktuální platformy a inovace
Nedávné pokroky v genomických technologiích významně transformovaly studium a řízení nemocí rzi v tvrdozrnné pšenici, zejména když globální klimatické změny zvyšují šíření a evoluci patogenů. V roce 2025 jsou platformy s vysokým průtokem sekvenování a bioinformatiky centrem pro porozumění genetickému základu interakcí hostitel-patogen, což umožňuje rychlou detekci a vývoj trvalé rezistence v odrůdách tvrdozrnné pšenice.
Přijetí platforem pro sekvenování příští generace (NGS), jako jsou ty poskytované Illumina a Oxford Nanopore Technologies, umožnilo výzkumníkům a šlechtitelským programům vygenerovat vysoce rozlišená genomická data jak pro Triticum turgidum (tvrdozrnné pšenice), tak pro několik patogenů rzi (např. Puccinia triticina, P. graminis f. sp. tritici). Tyto platformy usnadňují resequencing celého genomu, profilování transkriptomu (RNA-seq) a cílené sekvenování ampliconů, což umožňuje přesnou identifikaci genů rezistence (R-geny), repertoáru efektorů a genetických variant zajišťujících náchylnost nebo odolnost.
Současně pokročilé nástroje pro analýzu dat a kurátorované databáze, jako jsou ty, které spravuje Iniciativa pšenice a CIMMYT, zjednodušily integraci velkých objemů genotypových a fenotypových dat. Tato integrace podporuje studie asociací na celém genomu (GWAS) a strategie genomového výběru, které urychlují šlechtění linií tvrdozrnné pšenice odolných vůči rzi. Platforma URGI (Unité de Recherche Génomique Info) nadále poskytuje důležité zdroje pro komparativní genomiku a selekci asistovanou markery.
Inovace v přenosném sekvenování v reálném čase, jako je zařízení MinION od Oxford Nanopore Technologies, se stále více používají pro monitorování patogenů na poli. Takové nástroje umožňují téměř okamžitou detekci ras rzi a sledování evoluce patogenů, podporují systémy včasného varování a rychlé reakce na úrovni farmy.
Do budoucna se pokračující úsilí mezinárodních konsorcií, včetně Borlaug Global Rust Initiative, soustředí na využití pan-genomových a metagenomických přístupů k zachycení celého spektra genetické rozmanitosti jak u hostitelů, tak u patogenů. Nově vznikající technologie založené na CRISPR, podporované spoluprací s organizacemi jako BASF, slibují výrazné zlepšení funkční genomiky, což umožňuje cílenou editaci genů pro lepší rezistenci.
Do roku 2025 a dále bude pokračující inovace v sekvenování, analytice dat a diagnostice použitelné na poli klíčová v boji proti nemocem rzi a zajištění odolnosti globálních systémů produkce tvrdozrnné pšenice.
Hlavní hráči a spolupracující iniciativy (např. CIMMYT, John Innes Centre)
Genomika nemocí rzi tvrdozrnné pšenice se stala prioritou na globální úrovni v oblasti zemědělského výzkumu, zejména s ohledem na hrozbu ze strany vyvíjejících se patogenů rzi. V roce 2025 pokračuje několik hlavních organizací v pokroku prostřednictvím nezávislého výzkumu a spolupráce, přičemž se zaměřují na produkci akčních genomických poznatků a nasazení odrůd odolných vůči rzi.
Centrální postavou v této oblasti je Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT), které koordinuje globální monitorování a genomické úsilí proti stéblové, listové a pruhové rzím. V posledních letech využil CIMMYT vysokoprůtokové sekvenování a bioinformatiku k charakterizaci populací patogenů a rozmanitosti genů rezistence v tvrdozrnné pšenici. Významně, CIMMYT spolupracuje s národními programy a institucemi v rámci Borlaug Global Rust Initiative, sdílí genomická data a zdroje pro urychlení šlechtění trvalých rezistentních vlastností.
V Evropě je v čele funkční genomiky a molekulárního šlechtění zaměřeného na rezistenci John Innes Centre (JIC). Centrum sehrálo klíčovou roli v mapování genů rezistence (jako jsou loci Sr, Lr a Yr) a objasňování mechanismů reakcí tvrdozrnné pšenice na infekci rzí. Jejich spolupráce s CIMMYT a Evropským bioinformatickým institutem (EMBL-EBI) usnadňuje integraci genotypových a fenotypových dat a podporuje rozvoj modelů genomového výběru přizpůsobených agroekosystémům Středomoří a Severní Afriky.
Úřad pro výzkum zemědělství (USDA-ARS) zůstává významným hráčem ve genomice nemocí rzi tvrdozrnné pšenice. Jeho Laboratoř pro choroby obilovin a regionální partneři provádějí monitorování patogenů a studie genotypů pomocí sekvenování, přispívají tak k důležitým datům o vzniku a šíření virulentních rzi v Severní Americe. Tyto snahy informují o nasazení rezistentních odrůd tvrdozrnné pšenice přizpůsobených podmínkám pěstování v USA a Kanadě.
Spolupracující iniciativy se v roce 2025 rozšiřují, přičemž Organizace pro výživu a zemědělství OSN (FAO) usnadňuje vícestátní projekty na harmonizaci protokolů sledování rzi a standardů sdílení dat. Na úrovni průmyslu integrované semenářské společnosti, jako je Syngenta, zahrnují veřejně dostupné genomické informace do vlastních šlechtitelských programů, což urychluje komercionalizaci odrůd tvrdozrnné pšenice odolných vůči rzi.
Do budoucna se očekává větší integrace real-time genomiky, analýzy založené na AI a globálních platforem pro výměnu dat. Tato colaborativní krajina je očekávána k urychlení objevování a nasazení nových zdrojů rezistence, čímž se zmírní hrozba nemocí rzi pro produkci tvrdozrnné pšenice po celém světě.
Analýza pipeline: Vedoucí odrůdy odolné vůči rzi a pokusy
Pokroky v genomice nemocí rzi tvrdozrnné pšenice urychlují výrazný pokrok ve vývoji a nasazení odrůd odolných vůči rzi. Jak rzi—především způsobené Puccinia graminis (stéblová rzi), Puccinia triticina (listová rzi) a Puccinia striiformis (pruhová rzi)—pokračují v ohrožení globální produkce tvrdozrnné pšenice, šlechtitelské programy se zaměřily na genomový výběr a šlechtění asistované markery. Období vedoucí až do roku 2025 pozorovalo několik klíčových rozvojů, zejména v identifikaci a kombinaci genů rezistence a zakládání robustních polních pokusů pro kandidátní odrůdy.
Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) zůstává v čele globální genomiky rezistence rzi pšenice. Jejich nedávné pipeline zahrnuje uvolnění linií tvrdozrnné pšenice, které obsahují více genů rezistence (jako Sr13, Lr67 a Yr36) identifikovaných prostřednictvím studií asociací na celém genomu a validovaných v pokusech v různých prostředích. Tyto linie, testované rozsáhle východní Africe, Středomoří a Jižní Asii, vykazují trvalou rezistenci a udržují agronomickou výkonnost při tlaku rzi. Mezinárodní školky CIMMYT pro roky 2024 a 2025 nyní obsahují tyto pokročilé linie, které jsou k dispozici pro vyhodnocení a uvolnění národních programů.
Podobně ICARDA vede několik projektů zaměřených na vyvíjející se virulence profilů patogenů rzi, zejména v Severní Africe a Západní Asii. Jejich pipeline se zaměřuje na hromadění genů rezistence pomocí genomických výběrových platforem, s nadějnými elitními liniemi, jako jsou ‚Zeramek‘ a ‚Cham6‘, které vykazují vysoké úrovně rezistence během po sobě jdoucích sezón polních pokusů. ICARDA’s 2025 trials klade důraz na širokopásmovou rezistenci a adaptaci na teplo a sucho, zajišťující, že nové odrůdy jsou odolné vůči klimatické volatilitě i nemocem.
V Evropě KWS SAAT SE & Co. KGaA a další významní vývojáři semen integrovují genomické nástroje pro selekci asistovanou markery se současnými pokusy nových odrůd tvrdozrnné pšenice nesoucí nedávno mapované lokusy rezistence. Jejich kandidátní odrůdy pro rok 2025 jsou hodnoceny v rámci spolupráce s národními výzkumnými systémy v Itálii, Francii a Španělsku, přičemž se používají data monitorování patogenů k přiřazení profilů rezistence k místním populacím rzi.
Do budoucna se očekává, že následující roky přinesou intenzivnější úsilí o kombinaci genotypování s vysokým průtokem, fenotypování a analytiku řízenou umělou inteligencí. Tato integrace má za cíl urychlit identifikaci zdrojů rezistence a optimalizaci šlechtitelských pipeline. Spolupracující přístup—spojení mezinárodních center, národních programů a soukromých šlechtitelů—je základem pro rozšiřování a rychlou adopci odolné vůči rzi tvrdozrnné pšenice, s řadou nových uvolnění a dalšími různorodými rezistencemi očekávanými do roku 2027.
Regulační okolnosti: Schválení, standardy a vývoj IP
Regulační okolnosti pro genomiku nemocí rzi tvrdozrnné pšenice se rychle vyvíjejí, jak pokroky v genomických technologiích, jako jsou editace genů CRISPR a sekvenování s vysokým průtokem, přinášejí nové přístupy pro rezistenci vůči nemocem. V roce 2025 se regulační úřady stále více zapojují do hodnocení a aktualizace standardů pro nasazení genomicky vylepšených odrůd pšenice, přičemž se zaměřují na biosafety, transparentnost a ochranu duševního vlastnictví (IP).
V Evropské unii zůstává regulační rámec pro geneticky modifikované organismy (GMO) a genem editované plodiny přísný. Nicméně, po návrhu v roce 2023 na aktualizaci legislativy o GMO tak, aby vyhovovala novým genomickým technikám, Evropská komise signalizovala sofistikovanější přístup k genem editovaným plodinám, které nezavádějí cizí DNA—což potenciálně otevírá cestu pro urychlené schvalování odrůd tvrdozrnné pšenice odolných vůči rzi vyvinutých pomocí cílené mutagenézy (Evropská komise).
V Severní Americe Ministerstvo zemědělství Spojených států (USDA) a Kanadská agentura pro inspekci potravin (CFIA) vytvořily jasné cesty pro hodnocení rizik a schvalování genem editovaných plodin. V roce 2024 USDA udělilo status nijak neregulované několika odrůdám pšenice odolným vůči chorobám, včetně těch cílených na stéblovou a listovou rzi, pokud neobsahují transgenní DNA. Tato regulační jasnost se očekává, že podpoří další komercionalizaci odrůd tvrdozrnné pšenice odolných vůči rzi v Severní Americe v roce 2025 a dále.
Mezinárodně, Organizace pro výživu a zemědělství OSN (FAO) zdůraznila harmonizaci fytosanitárních standardů, aby se vyrovnala s transnárodními riziky způsobenými rzí pšenice. V roce 2025 FAO spolupracuje s členskými státy na aktualizaci Mezinárodních standardů pro fytosanitární opatření (ISPM) týkajících se sledování a reportování rzi s cílem usnadnit bezpečný pohyb vylepšeného osiva pšenice přes hranice.
Pokud jde o IP, krajina se stává stále složitější, jak veřejné a soukromé subjekty urychlují patentování genů rezistence na rzi a umožňujících genomických technologií. Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) a jeho partneři aktivně podporují sdílení otevřených dat pro lokusy rezistence vůči rzi, zatímco se snaží o spolupráci s patentovými úřady, aby zajistili svobodu k operaci pro veřejné šlechtitele. Mezitím velké semerniské společnosti rozšiřují své patentové portfolia jak ve Spojených státech, tak v Evropě, přičemž se zaměřují na metody editace genů a specifické alely rezistence.
Do budoucna se očekává, že v následujících několika letech nastane spojení aktualizovaných regulačních rámců, harmonizovaných fytosanitárních standardů a vyvíjející se IP strategií. To usnadní odpovědné nasazení genomicky vylepšených odrůd tvrdozrnné pšenice s konečným cílem zmírnit globální hrozbu rzi pšenice a zajistit rovný přístup pro šlechtitele a farmáře po celém světě.
Barriers and Opportunities: Technické, ekonomické a regionální poznatky
Nemoci rzi tvrdozrnné pšenice—především stéblová, listová a pruhová rzi—představují významné hrozby pro celosvětovou produkci pšenice, přičemž genomika hraje zásadní roli v porozumění a zmírňování jejich dopadu. K roku 2025 technické, ekonomické a regionální faktory nadále jak výzvy, tak i pokroky při aplikaci genomiky v řízení nemocí rzi tvrdozrnné pšenice.
Technické překážky a inovace
Složitost genomu tvrdozrnné pšenice, který je vysoce polyploidní a repetitivní, představuje značnou technickou překážku k efektivnímu objevování a funkční analýze genů rezistence. I přesto pokroky v sekvenování s dlouhým čtením a pan-genomice urychlují identifikaci genů a vývoj markerů. Například platforma Illumina NovaSeq a PacBio HiFi sekvenování umožnily vysoce rozlišovací mapování lokusů rezistence, což usnadňuje rozpoznání vzácných alel odpovědných za rezistenci na rzi. Nicméně integrace genomických nástrojů do šlechtitelských programů zůstává omezena potřebou bioinformatické infrastruktury a kvalifikovaného personálu, zejména v rozvojových regionech.
Ekonomické úvahy
Vysoké náklady na sekvenování příští generace a nástroje pro analýzu dat omezují širší přijetí šlechtění řízeného genomikou, zejména mezi malými zemědělci a veřejnými šlechtitelskými programy. Zatímco multinacionální osivářské společnosti a významné výzkumné instituce mohou využívat ekonomiku z rozsahu, oblastmi s omezenými zdroji obtížně přistupují k těmto technologiím. Pokračující úsilí mezinárodních organizací jako CIMMYT a ICARDA se zaměřuje na vývoj nákladově efektivních genotypových platforem a konsorcií pro sdílení dat, aby demokratizovaly přístup k pokročilé genomice, avšak udržitelné financování a investice do infrastruktury zůstávají nezbytné.
Regionální poznatky a příležitosti
Šíření vysoce virulentních rzi, jako je Ug99, zdůraznilo naléhavou potřebu regionálně specifického šlechtění rezistence. Severní Afrika a Západní Asie—hlavní producenti tvrdozrnné pšenice—jsou zejména zranitelní kvůli klimatickým podmínkám, které podporují propukování rzi. Regionální monitorovací sítě, podporované organizacemi jako Organizace pro výživu a zemědělství (FAO), zlepšily včasnou detekci a rychlou reakci, ale místní šlechtitelská kapacita často заostává za vznikajícími hrozbami. Existuje rostoucí příležitost pro veřejně-soukromá partnerství a mezinárodní spolupráci při budování místní genomické odbornosti a infrastruktury přizpůsobené regionálním populacím patogenů.
Výhled na příští léta
Výhled pro genomiku rzi tvrdozrnné pšenice je opatrně optimistický. Spojení cenově dostupného sekvenování, zlepšené analytiky dat a spolupracujících sítí se očekává, že urychlí vývoj a nasazení odrůd odolných vůči rzi. Cílené investice do regionálních genomických center a datových šlechtitelských pipeline, jak navrhují CIMMYT a ICARDA, budou zásadní pro překonání současných překážek a zabezpečení globální produkce tvrdozrnné pšenice proti vyvíjejícím se hrozbám rzi.
Případová studie: Úspěšné genomické intervence v řízení rzi
Tvrdozrnné pšenice, základ pro těstoviny a semolinové produkty, čelí významným hrozbám ze strany nemocí rzi, zejména stéblové rzi (Puccinia graminis f. sp. tritici), pruhové rzi (Puccinia striiformis) a listové rzi (Puccinia triticina). Nedávné pokroky v genomice umožnily bezprecedentní přesnost při šlechtění a řízení, zejména když virulentní race, jako je Ug99 a její deriváty, nadále ohrožují globální potravinovou bezpečnost. Od roku 2020 několik významných případových studií vyzdvihlo integraci genomických nástrojů s praktickými intervencemi, což vedlo k úspěšnému zvládání a zmírnění propuknutí rzi.
Jedním z pozoruhodných příkladů jsou spolupráce mezi Mezinárodním střediskem pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) a národními partnery v Severní Africe a Jižní Asii. Nasazením platforem pro genotypování s vysokým průtokem výzkumníci rychle identifikovali germplazm tvrdozrnné pšenice s vrstvenými geny rezistence, včetně Sr13, Sr8155B1 a Yr36. Tyto snahy vedly k rychlé vydání odrůd tvrdozrnné pšenice odolných proti rzi, s polními pokusy v Etiopii a Indii během let 2022–2024, které vykazovaly více než 80 % snížení výskytu choroby ve srovnání s citlivými kontrolami (CIMMYT).
V evropském kontextu vedlo Mezinárodní středisko pro zemědělský výzkum v suchých oblastech (ICARDA) participativní šlechtitelské programy využívající selekci asistovanou markery (MAS). Využitím dat o sekvenování celého genomu ICARDA identifikovala a introgressovala nové lokusy rezistence z divokých příbuzných do elitních linií tvrdozrnné pšenice. Mezi lety 2023 a 2025 ukázaly pilotní nasazení ve středomořských zemích, že tyto genomicky vybrané linie nejen udržovaly rezistenci proti rzi, ale také zachovaly klíčové agronomické vlastnosti, jako je výnos a kvalita zrna (ICARDA).
Další transformativní intervence vznikla z Agricultural Research Service (USDA-ARS), která implementovala systém pro genomické monitorování pro sledování evoluce patogenů rzi. Pomocí sekvenování s dlouhým čtením a algoritmů strojového učení týmy USDA-ARS detekovaly nové virulentní rasy v reálném čase, což umožnilo rychlé nasazení rezistentních odrůd v postižených oblastech pšenice v USA v letech 2023–2024 (USDA-ARS).
Do budoucna integrace pan-genomových sestavení, editace genů pomocí CRISPR a globálních platforem pro sdílení dat slibují další zlepšení správy rzi v tvrdozrnné pšenici. S pokračujícími investicemi organizací, jako jsou CIMMYT, ICARDA a USDA-ARS, se v následujících několika letech očekává dodání ještě odolnějších odrůd a rychlejších mechanismů reakce na vznikající hrozby rzi.
Budoucí výhled: Strategické mapy a rozvíjející se trendy do roku 2029
Krajina genomiky nemocí rzi tvrdozrnné pšenice vstupuje do transformačního období, poháněná urychleným sekvenováním genomů, pokročilou bioinformatikou a koordinovanými mezinárodními monitorovacími snahami. Jak postupujeme do roku 2025 a díváme se dál do roku 2029, objevuje se několik strategických trendů a map, které budou formovat budoucnost řízení rzi v pěstování tvrdozrnné pšenice.
Hlavní prioritou zůstává rychlá identifikace a nasazení genů rezistence na rzi. Pokroky v sekvenování celého genomu—zejména populací jak tvrdozrnné pšenice, tak i patogenů rzi—umožňují šlechtitelům rychle lokalizovat nové lokusy rezistence bezprecedentní rychlostí. Mezinárodní středisko pro zlepšování kukuřice a pšenice (CIMMYT) vede iniciativy v několika zemích k charakterizaci genetické rozmanitosti jak u hostitelů, tak i u patogenů, což připravuje půdu pro kombinaci více genů rezistence v elitních odrůdách tvrdozrnné pšenice. Do roku 2025 se očekává, že přístupy ke šlechtění asistovanému markery a genomickému výběru se stanou standardní praxí v předšlechtitelských pipeline, což radikálně zkrátí dobu vývoje odrůd odolných proti rzi.
Technologie pro editaci genomu, zejména systémy CRISPR/Cas, se pravděpodobně budou těšit širší regulační akceptaci a polním pokusům v klíčových pšenicových produkujících regionech. Strategická mapa Mezinárodního střediska pro zemědělský výzkum v suchých oblastech (ICARDA) zahrnuje využití přesné editace genů k vyloučení genů náchylnosti a zavedení trvalých rezistentních vlastností, přičemž první výsledky se očekávají do roku 2027. Tyto snahy jsou doplněny otevřeným sdílením genomických zdrojů a dat monitorování patogenů prostřednictvím platforem, jako je Borlaug Global Rust Initiative, která rozšiřuje sledování virulence patogenů a migrace, aby informovala o rychlé reakce šlechtění.
Na straně patogenů sekvenování s vysokým průtokem populací rzi a sestavování pan-genomů odhalují evoluční dynamiku a vznik nových virulentních ras. To je klíčové pro aktualizaci strategií nasazení rezistentních genů před tím, než dojde k významným epidemiím. Organizace jako Agricultural Research Service USDA investují do bioinformatických nástrojů, které využívají umělou inteligenci k předvídání evoluce patogenů a selhání rezistence, což bude integrováno do předpovědních modelů rizik do konce tohoto desetiletí.
Výhled do roku 2029 naznačuje stále více datově řízený, spolupracující a anticipativní přístup k genomice nemocí rzi tvrdozrnné pšenice. Regionální a globální partnerství, standardizované genomické datové sady a prediktivní analýzy budou podporovat odolnost dodavatelských řetězců tvrdozrnné pšenice. Vzhledem k tomu, že změna klimatu mění tlak nemocí a migraci patogenů, pokračující investice do genomicky založeného monitorování a šlechtění rezistence zůstávají strategickou nezbytností pro zajištění globální potravinové bezpečnosti.
Zdroje a odkazy
- CIMMYT
- Organizace pro výživu a zemědělství OSN (FAO)
- Illumina, Inc.
- Borlaug Global Rust Initiative (BGRI)
- Oxford Nanopore Technologies
- URGI (Unité de Recherche Génomique Info)
- BASF
- John Innes Centre
- Evropský bioinformatický institut (EMBL-EBI)
- Úřad pro výzkum zemědělství (USDA-ARS)
- Syngenta
- KWS SAAT SE & Co. KGaA
- Evropská komise
- Kanadská agentura pro inspekci potravin (CFIA)
