Jak se kukuřice přizpůsobila novým podmínkám?

- Příroda autor: Jan Toman

Pokud bychom chtěli nají plodinu, která živí svět, nemusíme chodit daleko. Tou nejvýznamnější je totiž kukuřice, se kterou se často setkáme i na našich polích. Nejen, že bývá každoročně touto rostlinou oseta vůbec největší plocha ze všech pěstovaných obilnin, ale kukuřice celosvětově kraluje i co se týká výnosů. Jak se ale tato zvláštní jihoamerická rostlina vyšvihla na pomyslný trůn? Odpověď se zřejmě skrývá v expanzi kukuřice na sever amerického kontinentu a jejím přizpůsobení kratší sezóně v podmínkách mírného pásu.

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek,zdroj: ThinkStock

Divokým předkem kukuřice je teosinta, rozvětvená keřovitá rostlina, jejíž blízkou příbuznost s kukuřicí si první výzkumníci ani neuvědomili. K jejímu prvnímu cílenému pěstování a šlechtění, které mělo za následek vznik hospodářských odrůd kukuřice, došlo zhruba před 9000 lety, a to buď v oblasti dnešní Guatemaly, nebo Mexika.

Stejně jako je záhadná domovina kukuřice, jasno není ani ve způsobu, jakým moderní odrůdy kukuřice vznikly. Zcela jistě ale v průběhu následujících tisíciletí docházelo ke křížení kukuřice s divokými druhy teosinty z různých oblastí, což ji přineslo další výhodné vlastnosti.

Podobným způsobem vznikly i americké odrůdy kukuřice vhodné pro pěstování ve vyšších zeměpisných šířkách, tj. v oblastech s daleko kratší sezónou, než mají tropy Jižní a střední Ameriky. Jejich křížení s dalšími odrůdami dalo základ nejpěstovanějším moderním kultivarům a vydláždilo kukuřici cestu do Evropy a zbytku světa.

Cesta kukuřice do Severní Ameriky

Původní severoamerické linie kukuřice nicméně prokazatelně pochází z jihozápadu USA. Vrchoviny v této oblasti kontinentu, zejména coloradská plošina, jsou rovněž první severněji položenou oblastí, ve které se pěstitelé kukuřice museli potýkat se zkrácenou sezónou. Místní starobylé kultivary tudíž mohou napovědět leccos o důležité etapě šlechtění kukuřice.

Všechny doklady naznačují, že do oblasti arizonských pouští a coloradské plošiny dorazilo pěstování kukuřice z oblasti dnešního Mexika před asi 4000 lety. Zatímco v suchých arizonských nížinách se uchytilo jako hlavní zdroj potravy prakticky okamžitě, v pahorkatinách to trvalo zhruba o 1000 let déle. Třebaže tedy dnes kukuřice hraje velkou roli v kultuře a náboženství místních indiánů, v počátku to s jejím zaváděním nebylo nijak růžové.

Zea diploperennis

Zea diploperennis (teosint), jeden z planých druhů kukuřice,zdroj:Matt Lavin/Flicker.com

Za rozdíl jsou pravděpodobně zodpovědné klimatické rozdíly. V hornatině, která se od arizonských pouští nenachází ani o tisíc kilometrů severněji, má kukuřice asi o polovinu méně dnů vhodných k růstu a zrání. Spolehlivým zdrojem potravy se tak nemohla stát dříve, než u ní staří pěstitelé vyšlechtili vhodné vlastnosti – zejména dřívější dobu kvetení.

Naštěstí v oblasti, stejně jako po celé Americe, dodnes přežilo velké množství starobylých kukuřičných kultivarů. Vědci tak mohli porovnat jejich DNA se vzorky asi 2000 let staré kukuřice nalezené v jeskyni Turkey Pen v jihozápadním Utahu – centru coloradské plošiny.

Křížení s lokálními druhy

Vzorky se k radosti vědců ukázaly jako velmi dobře zachované. I přes problémy s odvozením charakteru dávné kukuřice zapříčiněné kompilovaným převodem jejích genetických znaků na vlastnosti rostliny se podařilo demonstrovat, že rostliny z jeskyně Turkey Pen kvetly v průměru asi o týden dříve než mexické kukuřice. To sice není tak brzo, jako u dnešních temperátních odrůd, ale jde o znatelný pokrok. Rostliny potřebovaly pro svůj vývoj zhruba 151 dní, přičemž sezóna v oblasti trvá v průměru 149 dní. Ne vždy, ale v celé řádce let, tak mohla kukuřice bez problémů dozrát.

Analýza konkrétních genů ukázala, že nalezené změny spojené s přechodem do mírného pásu jsou typické i pro dnešní temperátní a Evropské odrůdy. Nevyskytují se přitom ve starých mexických kultivarech, takže k jejich zakotvení v genomu muselo dojít při expanzi na sever. Podle všeho však ve většině případech nešlo o mutace.

Tytéž varianty genů totiž nesou lokální druhy a poddruhy teosinty. Nejpravděpodobnější tak je, že se do genomu severních linií kukuřice dostaly při křížení právě s těmito rostlinami. Některá přizpůsobení, třeba zvýšení obsahu karotenoidů a dalších živin spojené se změnou barvy klasu, se nicméně vyvinula na místě prostřednictvím mutací.

V každém případě se potvrdila velká role provázaného systému různých genetických linií kukuřice a divoké teosinty v historii šlechtění dnešní nejrozšířenější obilniny. Solidní "nabídky" různých genetických variant budou moci šlechtitelé využít i v budoucnu. Tentokrát ovšem s pomocí přesných molekulárně-biologických nástrojů umožňujících rozlišení a upřednostnění konkrétních genetických variant.

Šlechtění tak snad nebude trvat další tisíc let. Pokud ovšem starobylé a dnes málo zastoupené kultivary kukuřice, případně vzácné genetické linie teosinty, dříve působením lidské činnosti nezmizí.

Zdroj: Swarts K, Gutaker RM, Benz B, ... & Ross-Ibarra J (2017): Genomic estimation of complex traits reveals ancient maize adaptation to temperate North America. Science, 357.

Tagy: zemědělství kukuřice zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: Vlastní