Genetickou diversitu zemědělských plodin reprezentují shromážděné kolekce genetických zdrojů (GZ) těchto plodin a planépříbuzné druhy v podmínkách “in situ”.GZ jsou unikátním zdrojem genů pro šlechtění rostlin, které se za využití biotechnologií stává rozhodujícím faktorem růstu výnosů a kvality produktů.Ve světových kolekcích je shromážděno 6,5 mil. GZ, jejich geografická distribuce je však nerovnoměrná apro zajištění potřeb uživatelů je nezbytná mezinárodní spolupráce. Dostupnost GZ garantují mezinárodní smlouvy, založené na principudostupnosti GZ a sdílení prospěchu z jejich využívání.

V ČR má práce s GZ rostlindlouhou tradici; od roku 1993 je garantována MZe ČR prostřednictvím Národního programu (NP) pro GZ, který má od roku 2003 oporu v zákoně o GZ 148/2003 Sb. V národních kolekcích je shromážděno 52 tis. GZ o které pečuje v rámci NP 12 institucí ; koordinaci NP zajišťuje VÚRV v.v.i. Praha, který je rovněž provozovatelem informačního systému GZ EVIGEZ a genové banky semen, kde je uloženo 95% všech semeny množených GZ, kterých je 41,8 tis. Významnou součástí práce je hodnocení kolekcí, které zvyšuje hodnotu GZ pro uživatele. Rozsahy GZ předávanýchuživatelům mají narůstající tendenci (v roce 2011 to bylo přes 8 tis. vzorků).

Dnes často užívaným  termínem se stala „biologické rozmanitost“  („biodiversita“), což je zjednodušeně řečeno  rozmanitost živých  jedinců, druhů a ekosystémů na Zemi. Obrovský rozsah diverzity živých organismů vznikal a měnil  se  (vymírání a vznik nových druhů) v průběhu evoluce; se vznikem civilizace do tohoto procesu ovšem stále více zasahuje člověk (van Wowe et al., 2009) . I když jeho vliv na globální biodiversitu je dnes především negativní, v  pozitivním smyslu se tak stalo při domestikaci některých druhů rostlin a zvířat. Ačkoliv člověk domestikoval jen nepatrnou část existujících druhů, výběrem a později  vznikla obrovská škála odrůd a plemen. Tak např. jestliže dnes se udává existence asi 270 tisíc cévnatých druhů rostlin,  jen asi 7 tisíc z nich bylo uvedeno do kultury a pouze asi 100 druhů je označováno jako významné plodiny (FAO, 2010). V rámci tohoto  relativně úzkého plodinového spektra  vznikla však výběrem a šlechtěním  obrovská vnitrodruhová diversita zemědělských plodin, představovaná primitivními a příbuznými planými druhy, krajovými a šlechtěnými odrůdami a genetickými liniemi, souhrnně nazývanými genetické zdroje (GZ).

Tyto GZ  jsou rezervoárem genetické diversity pro další šlechtitelské zlepšování plodin a rozšiřování plodinového spektra. Dnes je v genových bankách ve světě shromážděno  přes 6,5 milionu vzorků genetických zdrojů zemědělských plodin, dle odhadů však asi polovina jsou duplicity (FAO, 2010). Další GZ, o kterých není ucelená evidence, představují materiály (zejména plané příbuzné druhy)  v podmínkách „in situ“. Zachování a efektivní využívání těchto GZ je jednou z mezinárodních priorit a je mu věnována odpovídající pozornost.

Východiskem pro zajištění setrvalého rozvoje zemědělství bez negativních dopadů na živitní prostředí je genetické zlepšování zemědělských plodin, založené na využívání nové  genetické diversity (genetických zdrojů), nejnovějších poznatků vědy  a biotechnologiích (Evens, 1997). Všechny šlechtitelské techniky jsou však závislé na využití  nové genetické diversity a dostupnosti GZ, které jsou jejími nositeli. Podrobná znalost a dostupnost GZ a využívání biotechnologických metod přináší nové možnosti pro šlechtění - urychlení a zefektivnění tvorby nových odrůd, ale dosažení zcela nových  šlechtitelských cílů (Evenson, 2003).  Pro plné využití přínosů nových odrůd a technologií a zajištění potřeb lidstva je ovšem nutné i jejich globální rozšíření a uplatnění. Jak uvádí FAO (2010),  v současné době pokrývá  produkce pouze 30 plodin 95% energetické potřeby ve výživě lidstva, z toho rýže, pšenice, kukuřice a brambory pokrývají 60%. Velmi úzký druhový základ světové potravinové bezpečnosti vyžaduje uchování  a efektivní využívání obrovské  vnitrodruhové genetické diversity těchto plodin, ale i širší využívání diversity mezidruhové (opomíjené plodiny, nové druhy plodin).

Materiál and Metody

Práce přináší  stručný přehled o významu genetických zdrojů rostlin pro zemědělství a stavu konzervace a využívání těchto zdrojů ve světě a v České republice. Výsledky  jsou založeny na analýze domácích a zahraničních dat a využití údajů z literatury, se zaměřením na následující aktivity, nezbytné pro uchování a praktické uplatnění GZ:

1. Shromažďování GZ (sběry, výměna s jinými pracovišti, materiál vytvořené ve šlechtění či výzkumu) a vytváření druhových (plodinových) kolekcí.
2. Dokumentace GZ, vývoj informačnícho systému a budování  databází
3. Charakterizace a hodnocení GZ
4. Konzervace GZ
5. Zajištění dostupnosti GZ a informací pro uživatele
6. Mezinárodní spolupráce        

Data pro analýzy byla získána od pracovníků  kteří se zabývají GZ (zejména účastníků „Národního programu konzervace a využití genetických zdrojů rostlin a agrobiodiversity“  a uživatelů GZ v ČR a v zahraničí. Převážná část uváděných informací je založena na výsledcích  zpracovaných v pravidelných  Výročních zprávách účastníků Národního programu, popř. publikovaných  jinde. Shromážděná data byla analyzována s cílem poskytnout  aktuální informaci o stavu práce s GZ a jejich využití, zvýšit povědomí veřejnosti o významu a hodnotě GZ  a jejich praktické hodnotě a perspektivách. Práce přibližuje odborné veřejnosti rovněž aktivity a význam „Národního programu“ jako standardního nástroje péče o genofondy ve většině států světa a související mezinárodní spolupráce, nutné pro zachování a efektivní využívání GZ a biodiverzity v globálním měřítku. Metodika Národního programu je dostupná na URL: http://genbank.vurv.cz/genetic/nar_prog/dokumenty/ramcova_metodika.pdf.

Genetické zdroje ve světě

 Pro každou plodinu lze dovodit jedno či více center původu, kde byla plodina domestikována; tyto oblasti jsou zpravidla (ne vždy) i primárními  centry in situ diverzity dané plodiny.  Nerovnoměrnost distribuce genetické diverzity ve světě na straně jedné a celosvětové rozšíření významných zemědělských plodin na straně druhé vedou k vzájemné závislosti zemí při získávání genetických zdrojů. Protože většina center diverzity (a tedy i původ mnoha cenných genetických zdrojů) je v rozvojových zemích, jsou na nich jiné země s vyspělým šlechtěním a technologiemi při získávání genetických zdrojů závislé. Rozvojovým zemím naopak často chybí vyspělé domácí šlechtění a pokročilé technologie. Tyto skutečnosti vytvářejí vzájemnou závislost zemí při uchování a využívání genetických zdrojů rostlin a globální odpovědnost všech států za zachování genetických zdrojů na Zemi pro současné i budoucí potřeby.  Péče o genofondy rostlin je proto jednou z globálních priorit; je předmětem mezinárodních dohod a národních legislativ většiny zemí a úsilí o zachování a využívání genetických zdrojů je celosvětově koordinováno.       

Snahy o organizaci a rozvoj mezinárodní spolupráce při konzervaci a výměně GZ spadají do šedesátých let minulého století, kdy Evropské sdružení pro šlechtitelský výzkum (EUCARPIA) založilo jednu ze svých sekcí – Genovou banku EUCARPIA. Úkolem bylo zejména vytvoření vědeckých předpokladů a systému spolupráce při konzervaci a využívání genetických zdrojů a vznik Národních genových bank. V roce 1974 byla založena Mezinárodní rada pro genetické zdroje rostlin (IBPGR) se sídlem v Římě, ze které postupně vznikla dnešní  „Bioversity International“ s významným regionálním  programem pro Evropu (ECPGR).  V roce 1983 byla na konferenci Organizace spojených národů pro zemědělství a výživu (FAO) ustavena Komise pro genetické zdroje rostlin a vznikla  rezoluce č. 8/83 „International Undertaking on Plant Genetic Resources“, kterou ratifikovala většina států světa. Tato dohoda vycházela z teze že “genetické zdroje rostlin jsou dědictvím všeho lidstva…“ a stala se platformou pro volnou výměnu  GZ  až do roku 2003, kdy ji nahradila „Mezinárodní smlouva o genetických zdrojích rostlin pro výživu a zemědělství“ (IT, 2003).  Nová smlouva již vychází z předpokladu „národní suverenity nad genetickými zdroji“  a dalších zásad formulovaných v Úmluvě o biologické rozmanitosti v roce přijaté v roce 1992. Jejím hlavním cílem je zajistit uživatelům dostupnost GZ na straně jedné a garantovat sdílení prospěchu  z jejich využívání poskytovatelům GZ na straně druhé (CBD, 1998). Zobecnění těchto zásad pro všechny genofondy (biodiverzitu)  a vymezení  pravidel  pro zajištění dostupnosti a sdílení prospěchu z využívání  genetických zdrojů  přinesl „Nagoyský protokol“ (CBD/ABS, 2010), jehož ratifikace jednotlivými státy nyní probíhá. Metodický rámec pro globální spolupráci při monitorování, studiu, konzervaci a využívání genetických zdrojů rostlin  poskytuje “ Globální plán akcí” ( FAO, 1996), který  je periodicky aktualizován  a  mj. poskytuje přehled o stavu genofondů zemědělských plodin ve světě, existenci rizik a opatřeních pro záchranu genofondů rostlin v celosvětovém měřítku.   ČR je, stejně jako převážná většina států, signatářem všech mezinárodních smluv a dokumentů týkajících se genetických zdrojů rostlin a jejich poskytování uživatel

Genetické zdroje zemědělských plodin v České republice

Výzkum a využívání  GZ má v České republice dlouhou tradici, sahající do počátku minulého století, kdy  výzkumné a šlechtitelské stanice shromažďovaly a hodnotily odrůdy zemědělských plodin (Bareš, Dotlačil, 1992). Tyto genofondy byly dále rozšiřovány a uchovávány v různých institucích v Čechách a na Moravě  až do   padesátých let minulého století, kdy byly převedeny do tehdy vznikajících zemědělských výzkumných ústavů. Koncem osmdesátých let byla problematika genetických zdrojů součástí činnosti 25 institucí v bývalém Československu a v kolekcích bylo shromážděno 42 tisíc položek GZ. Národní  genová banka ve VÚRV Praha byla uvedena do provozu v roce 1988 a sloužila všem pracovištím udržujícím kolekce semenných druhů v tehdejším Československu.

Změny po roce 1989 se výrazně projevily i v systému práce s genetickými zdroji v Československu a později v České republice. V důsledku vzniku dvou států, organizačních změn a privatizace některých ústavů bylo pro  zachování národních  kolekcí GZ nezbytné vypořádat nároky obou států (v českých kolekcích zůstalo 37,9 tis. položek GZ) a  vybudovat nový národní systém, který by garantoval  péči o GZ na mezinárodní úrovni. Východiskem byl vznik Národního program pro genetické zdroje rostlin, který zahájilo MZe ČR v roce 1993 a ve kterém byly postupně zahrnuty všechny standardní činnosti v péči o GZ v ČR. Národní program zajišťoval koordinaci, financování, pracovní metodiky pro genovou banku a všechna  pracoviště, která uchovávala kolekce GZ v ČR. Účastníkem NP je nyní 12 právních subjektů (výzkumné ústavy, jedna universita), v jeho rámci je mj. zajišťována mezinárodní spolupráce, efektivní koordinace aktivit a garance mezinárodních standardů (Dotlačil et al., 2008). Významným impulsem pro práci s genofondy ve světě i v ČR bylo přijetí Úmluvy o biologické rozmanitosti (1992). Na jejím základě byla postupně připravena i národní legislativa (Zákon o genetických zdrojích rostlin a mikroorganismů č. 148/2003 Sb.  a prováděcí vyhláška č. 458/2003). Na základě této legislativy a dalších dokumentů byl NP postupně  aktualizován do současné podoby a je plně kompatibilní s obdobnými programy v ostatních zemích.   

V českých kolekcích GZR je nyní shromážděno přes 52 000 položek, s převládajícím podílem obilnin, zelenin, pícnin, luskovin a ovocných rostlin (Graf 2). Výzkumný ústav rostlinné výroby  v.v.i. Praha zajišťuje služby genové banky semen (GB) a informačního systému GZ  ( EVIGEZ). Druhová diversita českých kolekcí je relativně pestrá, je však menší než u velkých  genových bank (např. v USA, Rusku, Německu). V českých kolekcích  lze nalézt  1173 druhů (kulturní a plané příbuzné druhy), které jsou ve standardním režimu konzervovány a poskytovány uživatelům. Semeny množené kolekce představují 81,4% a vegetativně množené druhy 18,6% GZ.

Podle charakteru GZ převládají v českých kolekcích šlechtěné odrůdy (64,7 %), více jsou zastoupeny i genetické linie (16,7% ), tj. materiály z výzkumu a šlechtění, které nebyly registrovány jako odrůdy. Krajové odrůdy a plané příbuzné druhy mají nižší zastoupení (7,4 %, resp. 11,3 %), jsou však nositeli široké genetické diversity významné pro šlechtění.

Strategie rozšiřování kolekcí o nové GZR zůstává v několika posledních létech podobná. Do kolekcí je zařazován menší rozsah cíleně vybíraných GZR; při  jejich získávání a výběru se zaměřujeme zejména na: (a) monitorování, shromáždění a záchranu GZ domácího původu, (b) rozšíření kolekcí o novou genetickou diversitu, v souladu s potřebami výzkumníků a šlechtitelů, ale i požadavky na rozšiřování plodinové rozmanitosti v zemědělské praxi a (c) získaní donorů hospodářsky a biologicky cenných znaků pro využití ve šlechtění a výzkumu. Jak ukazují souhrnné údaje z let 1999 až 2011, bylo v tomto období získáno celkem 18 792 nových GZR. Nejvýznamnějšími poskytovateli jsou zahraniční dárci (genové banky, výzkumné ústavy a omezeně zahraniční šlechtitelé). Zvyšuje se význam sběrových expedic, zejména zahraničních. Celkově přesahuje podíl nových GZR ze zahraničí 61%, což  dokumentuje význam  zapojení ČR do mezinárodní spolupráce. K těmto číslům je však potřebné dodat, že uvedené počty nově získávaných GZR jsou nižší než skutečné nárůsty kolekcí (nevhodné GZR jsou po hodnocení v polních a laboratorních testech vyloučeny.  

 Pro uchování a efektivní využívání GZR je nezbytné zajistit jejich evidenci, hodnocení a zajména pak uchování pro současné i budoucí potřeby.  V českém informačním system  EVIGEZ jsou u všech GZ evidována pasportní data (umožňijí identifikaci a evidenci GZ). Pro potřeby uživatelů je informační sytém zpřístupněn na internetu na URL http://www.genbank.vurv.cz/genetic/resources/. Popisná data, která mají zásadní význam pro uživatele, jsou v různém rozsahu k dispozici u 36 tis. GZ (tj. 67% položek). Tato data jsou výsledkem hodnocení GZR (polní pokusy, laboratorní testy) a jsou doplňována dalšími genetickými charakteristikami (identifikované geny, genetické markéry), které jejich užitnou hodnotu dále zvyšují. Rozsah hodnocených znaků je rozdílný u jednotlivých druhů, v průměru do cca 30 znaků. Předpokladem dlouhodobého uchování GZR je jejich periodická regenerace a následná konzervace. Zachování životnosti semenných vzorků je dosaženo šetrným vysoušení semen a jejich dlouhodobým uložení  při teplotě -18^oC. Z celkového počtu 41,8 tis. generativně množených GZ  je nyní v genové bance konzervovánu přes 95% semeny množených druhů.  Mimo tyto standardní kolekce je v GB uloženo dalších 10,5 tis. GZR pro potřeby  účastníků NP a spolupracujících institucí.  Vegetativně množené druhy jsou uchovávány v polních kolekcích (genofondové sady, vinice, chmelnice), v in vitro kulturách (brambory, některé okrasné rostliny); u vybraných druhů se začíná uplatňovat  metoda kryokonzervace.

Služby uživatelům GZ

   Vzorky genetických zdrojů jsou podle zákona 148/2003 Sb. bezplatně poskytovány uživatelům pro potřeby  šlechtění, vědy, výzkumu a vzdělávání, nikoliv však pro přímé komerční využití. Uplatňovaný princip vychází z IT/PGRFA a SMTA (viz předchozí text). Vytvořením národní legislativy a přístupem k IT/PGRFA a SMTA se Česká republika připojila k vyspělým zemím, které převzaly spoluodpovědnost za uchování genofondů zemědělských plodin a garantují přístup uživatelů  ke GZR na jejich teritoriu.  ČR spolu se státy EU jde nad rámec uvedených mezinárodních dohod tím, že pro uživatele zajišťuje přístup i k těm druhům, které nejsou vyjmenovány v Annex I., IT/PGRFA. Garance bezpečné konzervace evropských kolekcí a dostupnosti GZR a relevantních informací pro uživatele je také hlavním cílem evropského projektu AEGIS.  V roce září 2010 byl přijat „Nagoyský protokol“ o přístupu ke genetickým zdrojům a sdílení prospěchu z jejich využívání“,  který se týká všech genofondů-volně žijících i hospodářsky využívaných organismů. V případě GZR je plně zachována platnost a mandát existujících dohod (IT/PGRFA, SMTA), vzniknou však některé nové povinnosti pro poskytovatele i uživatele genetických zdrojů. Práce s GZR se bude týkat zejména nová povinnost zavést evidenci pohybu genetických zdrojů a s tím související vytvoření kontrolních míst (check points)  a mechanismů pro sdílení prospěchu plynoucího z využívání GZR.   Efektivní využívání GZR je přímo úměrné dostupnosti vzorků a rozsahu a kvalitě informací poskytovaných uživateli.  S tímto záměrem byl budován IS EVIGEZ, připravovány katalogy GZR a další publikace, obsahující údaje o vlastnostech a znacích, původu, přítomnosti genů velkého účinku apod.

V  roce 2011 bylo v rámci NP poskytnuto uživatelům  rekordních    8 258 vzorků GZ; z toho čeští uživatelé si vyžádali celkem 6 144 vzorků, což je nejvyšší počet po dobu existence NP. Výrazně ovšem narostly i požadavky zahraničních uživatelů, kterým bylo odesláno 2 114 vzorků. Každý rok výrazně stoupá podíl genové banky  na distribuci semenných vzorků uživatelům- ten v roce 2011 dosáhl 74%, zbývajících 26% distribuce připadá na polní genové banky vegetativně množených druhů a zčásti i na přímé distribuce semenných vzorků GZ uživatelům prostřednictvím kurátorů kolekcí. Rozsah každoročně poskytovaných vzorků GZ má vzestupný trend.

S narůstající distribucí GZR se v posledních létech výrazně mění i její struktura. Podle dat genové banky z roku 2011 se nejčastějším uživatelem  stává výzkum     ( 85,8 %),  pro regenerace kolekcí bylo použito 19,9% vzorků,  pro účely šlechtění bylo odesláno 13,8% a na university 11,8% z celkové distribuce GZR. V malé míře (2,7 %) byly poskytovány vzorky k účelům výstav a pro skanzeny. Podobnou statistiku způsobu využití lze očekávat i u zahraničních uživatelů. Získaná data potvrzují trend posledních let - postupný  nárůst podílu GZR poskytovaných pro potřeby vědy a výzkumu, při poklesu podílu dalších uživatelů, zejména šlechtitelů. Lze však předpokládat, že významná část vzorků GZR předaných výzkumným pracovištím je využívána ve šlechtění zprostředkovaně- prostřednictvím výstupů výzkumných projektů (popsané zdroje nové genetické diversity, vybrané a popsané donory znaků, šlechtitelské polotovary a relevantní informace o těchto materiálech). Podrobnější analýzu by měl umožnit sběr dat, který vyžaduje SMTA, povinně užívaný od roku 2012, a zřejmě i protokoly o pohybu GZR, připravované v rámci Nagoyského protokolu (ABS).

Ing. Ladislav Dotlačil, CSc.,  Mgr. Iva Faberova, Ing. Zdeněk Stehno, CSc., Ing. Vojtěch Holubec, CSc

Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6- Ruzyně