Fuzarióza klasů pšenice (angl. Fusarium head blight, FHB) je závažné houbové onemocnění obilnin způsobené nejčastěji houbou Fusarium graminearum, které vede k významným ztrátám z výnosu a ke znehodnocení zrna a biomasy v důsledku produkce mykotoxinů. Tyto mykotoxiny mohou kontaminovat zejména pšenici, ječmen a kukuřici tak, že nejsou vhodné pro potravinářské ani krmivářské účely. Nejvýznamnějšími z nich jsou trichotheceny, zejména deoxynivalenol (DON) a zearalenon. S ohledem na jejich mimořádnou stabilitu a řadu nepříznivých účinků na zdraví lidí a zvířat je obsah těchto látek legislativně limitován. V současnosti v Evropské unii platí pro obsah DON v pšenici zpřísněný limit stanovený Nařízením Komise (EU) 2024/1022, který upravuje jeho maximální povolený obsah v potravinářské pšenici na 1 000 µg/kg (1 mg/kg) v nezpracované obilovině.

Za nejefektivnější a nejstabilnější nástroj ochrany proti FHB je z ekonomického i environmentálního hlediska považováno pěstování odolných odrůd. Jejich šlechtění je však značně náročné. Odolnost pšenice vůči FHB je totiž převážně kvantitativním znakem, podmíněným větším počtem genů s menším účinkem. Odborníci se shodují v názoru, že navzdory pokroku ve šlechtění poskytují dostupné zdroje odolnosti pouze částečnou a na prostředí závislou ochranu. Zejména v posledních dvou desetiletích proto probíhá intenzivní a velmi podrobný výzkum mechanizmů infekce a šíření patogenu v rostlině a jejích reakcí na nejrůznějších úrovních. Jedním z klíčových bodů výzkumu je zjištění role mykotoxinu DON vytvářeného patogenem, který funguje jako faktor virulence a pomáhá šíření infekce v pletivech pšenice. Vědci dále zjistili, že po vystavení náchylné pšenice účinkům DON se v ní zvyšuje hladina transkripčního faktoru TaNFXL1 vytvářeného příslušným genem TaNFXL1, tzv. S-genem, jež funguje jako faktor náchylnosti, který potlačuje přirozenou obranu rostliny.

V tomto příspěvku chceme přiblížit jeden z perspektivních trendů moderního šlechtění pšenice zaměřený na cílené úpravy S-genů aktivujících se při jejím napadení houbou Fusarium, a to pomocí technologie CRISPR-Cas9 a metody VIGS (virem indukovaného utlumení genů), jakožto příkladů nových technik šlechtění (angl. NBT). Jejich užitím autoři studie úspěšně zablokovali (knock-out) gen TaNFXL1. Mutantní rostliny pšenice s vyřazeným genem TaNFXL1 vykazovaly významně zvýšenou odolnost vůči fuzarióze.

Kanadští výzkumníci vycházeli ze skutečnosti, že DON představuje nejlépe známý faktor virulence obilovin, který podporuje růst houby F. graminearum v květních pletivech pšenice, zejména v prašnících. Odtud se infekce šíří do celé rostliny. Aby bylo možné lépe pochopit účinky DON na pletiva rostliny, zaměřili se na studium změn, které probíhají na úrovni přepisu genů (transkripce) ve vyvíjejících se kláscích po infekci běžným typem houby (standardní kmenem) ve srovnání s mutantním kmenem Δtri F. graminearum, který není schopen vytvářet DON. Přitom došli k poměrně překvapivému zjištění, že při infekci se rozdílným způsobem exprimuje na čtyři sta genů rostliny, které se v ní zúčastňují nejrůznějších funkcí, např. sekundárního metabolismu, signalizace, transportu látek a odezvy rostlin na stres. Většina z těchto genů byla aktivnějších po infekci standardním kmenem patogenu. V pokusech s přímou aplikací samotného DON na kvítky vědci potvrdili aktivaci menšího okruhu genů, mezi nimi i genu TaNFXL1, který je obdobou genu NFXL1 u modelové rostliny huseníčku, u níž bylo dříve zjištěno, že potlačuje trichocetenem navozené obranné reakce rostliny. V návazných pokusech se dvěma kontrastními odrůdami pšenice — náchylné k fuzarióze a čínské rezistentní Wuhan 1, kanadský tým potvrdil vyšší expresi genu TaNFXL1 u citlivé odrůdy. Na základě těchto poznatků vědci pomocí technologie CRISPR-Cas9 a metody VIGS vyřadili z funkce gen TaNFXL1. Mutantní rostliny pšenice s vyřazeným genem TANFXL1 vykazovaly významně zvýšenou odolnost vůči fuzarióze. 

Získané výsledky potvrdily, že pomocí CRISPR/Cas9 a VIGS navozené přesné editace cílových S-genů náchylnosti k fuzarióze došlo k vytvoření mutací v požadovaných místech. Tyto dědičné změny byly doprovázeny prokazatelnými změnami v odolnosti rostlin. Použitá strategie je významným příslibem a jednou z možných alternativ pro budoucí šlechtění rezistentních odrůd pšenice a dalších obilnin vůči houbovým patogenům. Dalším perspektivním směrem bylo mohlo být využití i tzv. substrátového inženýrství efektorových proteinů — endopeptidáz, vytvářených houbou F. graminearum v raných fázích infekce. Vzhledem k tou, že FHB je komplexní chorobou, bude vždy nezbytné využívat pro zvyšování odolnosti pšenice vedle geneticky podmíněné (aktivní) odolnosti i tzv. pasivní faktory, jako je výška rostlin, hustota klasu, zadržování prašníků v klasu a částečně i ranost odrůdy.

Aktualizace ke dni: 29.10.2026