Nízké teploty komplikují pěstování zemědělských plodin v mnoha částech světa. I přes intenzivní výzkum stále ještě není plně objasněno, proč některé rostliny snášejí chlad lépe než jiné. Vědcům se však pomocí celogenomové asociační studie (GWAS) podařilo identifikovat klíčovou genetickou variantu u okurky seté, konkrétně jednonukleotidový polymorfismus (SNP) v genu STAYGREEN (CsSGR), který souvisí s vyšší tolerancí vůči nízkým teplotám (LT).

Okurka setá (Cucumis sativus L.) patří mezi významné celosvětově pěstované plodiny. Pochází z Indie a optimálně roste při teplotách mezi 18-30 °C. Je však citlivá na LT stres, a to ve všech fázích svého životního cyklu. Nízké teploty nepříznivě ovlivňují růst a vývoj okurky, zejména během jarního a zimního období nebo při pěstování ve vyšších a chladnějších nadmořských výškách. Teplotní stres pod 20 °C v rané fázi vývoje (semenáčků) zpomaluje zakořeňování a oslabuje životaschopnost i výnosnost rostlin. To omezuje geografické rozšíření této plodiny a často vyžaduje nákladné pěstování ve sklenících. Tolerance k LT je však komplexní vlastnost řízená více geny, což ztěžuje jejímu porozumění a dosud bylo u okurky identifikováno jen velmi málo genů spojených s touto odolností.

Jedním ze zajímavých výstupů je studie čínských a amerických vědců publikovaná v roce 2023, kterým se pomocí GWAS podařilo identifikovat SNP v genu CsSGR, který je znám především svou rolí v odbourávání chlorofylu. Nově se však ukazuje, že tento gen hraje klíčovou roli také v obranné reakci rostlin na chlad. 

Pro hlubší pochopení funkce genu CsSGR vědci využili technologii CRISPR/Cas9, která umožňuje cílené „vypnutí“ konkrétního genu. Mutantní rostliny s deaktivovaným CsSGR byly vystaveny nízkým teplotám, výsledky experimentu vědce příjemně překvapily. Tyto rostliny vykazovaly výrazně vyšší odolnost vůči chladu, jejich listy zůstávaly déle zelené a schopné fotosyntézy. Zároveň produkovaly méně reaktivních forem kyslíku (ROS), které obvykle způsobují poškození buněk v reakci na stres. Rostliny bez aktivního CsSGR tedy byly zelenější a lépe si poradily s LT stresem. Studie dále ukázala, že expresi CsSGR reguluje transkripční faktor CsCBF1, známý svou rolí v odpovědi rostlin na chlad. Tento faktor funguje jako spínač, který při nízkých teplotách aktivuje CsSGR. Byly charakterizovány dvě hlavní varianty (haplotypy) genu: citlivá CsSGR^HapA a tolerantní CsSGR^HapG (Obrázek 1). Tolerantní haplotyp CsSGR^HapG se častěji vyskytuje u odrůd pěstovaných v chladnějších oblastech, což naznačuje, že jeho rozšíření mohlo být výsledkem přirozeného výběru během šlechtění v náročnějších klimatických podmínkách.

Obrázek 1: Navrhovaný model pro stresovou reakci okurky zprostředkovanou genem CsSGR. V tomto modelu se CsCBF1 indukovaný LT stresem váže na promotor genu CsSGR a aktivuje jeho projev. V okurkách nesoucích CsSGR^HapA takto vytvářené proteiny interagují s enzymem pro rozpad chlorofylu (Chl) a tak urychlují jeho degradaci. To má také za následek hromadění reaktivních forem kyslíku (ROS) a zjevný LT-senzitivní fenotyp. V okurkách nesoucích alelu CsSGR^HapG jsou vytvářeny nefunkční proteiny CsSGR^HapG, které nejsou schopny interagovat s CsNYC1, nedochází tedy k degradaci Chl. Nahromaděný Chl se zapojuje i do vychytávání nebezpečných ROS, čímž se zvyšuje tolerance rostlin ke stresu způsobenému nízkými teplotami.

Největším překvapením však bylo zjištění, že mutantní rostliny bez aktivního CsSGR nevykazovaly pouze vyšší odolnost vůči chladu, ale také lépe snášely další stresové podmínky. Konkrétně sucho, vyšší zasolení půdy a infekci patogenem Pseudoperonospora cubensis, který způsobuje plíseň okurek. 

Díky lepšímu pochopení toho, jak rostliny fungují na genetické a molekulární úrovni, dnes vědci dokážou lépe ovlivnit jejich vlastnosti. Pomáhají jim v tom moderní nástroje, například technologie CRISPR. Díky nim je možné cíleně vyšlechtit plodiny, které lépe zvládají nepříznivé podmínky. Jedním z genů, který v poslední době vzbuzuje velkou pozornost, je právě výše zmíněný gen CsSGR. Podle studie Dong a kol. (2023) by právě tento gen mohl pomoci při šlechtění nových odrůd okurek, které budou odolnější a bude je možné pěstovat i v místech, kde to dříve nebylo možné.
 

Aktualizace ke dni: 24.4.2025