Križanje fižola: Človeški opraševalci morajo prehiteti naravo

Opisana lastnost navadnega fižola zahteva od ekipe, ki sodeluje pri križanju, zelo filigransko ročno delo v rastlinjaku, za to, da bi v čim krajšem času razvili križance z želenimi lastnostmi, pa je odločilno poznavanje fižolovega genoma. Križanje maternih z očet­nimi rastlinami je veliko bolj usmerjeno, če imajo žlahtnitelji vpogled v to, ali so v njunem dednem materialu zapisane perspektivne lastnosti. 

Naša sogovornica, raziskovalka na oddelku za poljedelstvo, vrtnarstvo, genetiko in žlahtnjenje KIS, je hkrati vodja tamkajšnjega genetskega laboratorija, zato nam je iz prve roke predstavila tudi drugo, znanstveno bolj zapleteno plat iste zgodbe, ki jo je omogočil napredek genske tehnologije. »S tehnologijo molekulskih označevalcev, ki je na ravni genoma (celote dednih informacij enega organizma) najprej omogočila skokovit napredek v medicini, lahko zdaj tudi pri sortah fižola preverimo agronomsko pomembne lastnosti in tako pospešimo razvoj novih sort,« je razložila. Pri križanju se poleg okusa slovenskega potrošnika, ki je močno navezan na lastnosti avtohtonih sort, osredotočajo na odpornost in tolerantnost rastlin na najpogostejše bolezni, visoke temperature in sušo, v zadnjem času pa tudi na prehranske last­nosti. Pri programu žlahtnjenja fižola, ki ga sofinancira ministrstvo za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano, sta zato po besedah dr. Barbare Pipan izrednega pomena izboljšanje trenutnih domačih sort in razvoj novih.

Tehnologija molekulskih označevalcev

Ob omembi genetskega laboratorija ne gre takoj pomisliti na genski inženiring ali ustvarjanje gensko spremenjenih organizmov (GSO). Uporaba že znanih molekulskih označevalcev v zapletenem laboratorijskem postopku raziskovalcem namreč zgolj odpre vpogled v tisti del fižolovega genoma, v katerem bi radi preverili obstoj posameznih lastnosti, nikakor pa ne posegajo vanj, kakor počne genski inženiring. »Seveda ne gledamo celega fižolovega genoma (znanost ga je v celoti prvič sekvencirala leta 2014), saj vsebuje 587 milijonov baz ali informacij; določeno zaporedje baz predstavlja gen, v katerem je zapisana lastnost. Pri mnogih organizmih je v dedovanje ene same lastnosti vključeno več genov: za lastnosti stroka pri fižolu denimo obstaja kar 23 specifičnih mest v genomu, kjer so geni, ki nadzirajo velikost in barvo stroka,« je slikovita sogovornica.

Križanje – ustvarjanje novih kombinacij genov, ki je pri nekaterih kulturnih rastlinah že dolgo uveljavljen postopek ustvarjanja novih sort, le da je kombinacija staršev, ki jo izberejo žlahtnitelji, usmerjena, in ne naključna – je na KIS pri fižolu usmerjen pristop v žlahtnjenju, ki so ga bolj intenzivno in v večjem obsegu začeli izvajati pred nekaj leti, v okviru programa žlahtnjenja kmetijskih rastlin. Pri visokih sortah ga uporabljajo od leta 2016, pri nizkih so z njim v manjšem obsegu začeli nekaj prej. 

Prišleka z Andov in iz Srednje Amerike

Tako sorte fižola zorin, klemen, jabeljski pisanec in jabeljski stročnik, ki so jih v preteklosti požlahtnili na KIS, kot sorte drugih domačih žlahtniteljev so namreč nastale s pozitivno selekcijo, to je odbiro rastlin z najboljšimi lastnostmi. Tako je s stoletji pridelave na slovenskih tleh nastala tudi večina različic fižola, zbranih v Slovenski rastlinski genski banki. V zbirki, katere skrbnik je KIS, je shranjenih 1121 genotipov (ali akcesij) navadnega fižola in približno 50 akcesij turškega fižola, približno desetina jih je genetsko vrednotena. »K tolikšni raznolikosti visokih in nizkih avtohtonih populacij fižola na naših tleh so pripomogle različne podnebne in talne razmere, velika pestrost krajine, izoliranost, različni načini uporabe in pridelave,« našteva dr. Barbara Pipan. Na to so vplivale tudi spontane mutacije (spremembe) dednega materiala, ki se dogajajo v naravi. Tako so na primer nastale nizke sorte fižola – fižol kot divja, samorasla, plezajoča kultura s stroki ima namreč visoko rast. »Malokdo ve, da so mutirane, grmičaste nizke sorte poleg tega manj občutljive na dolžino dneva.« Valvasor v svoji Slavi vojvodine Kranjske leta 1689 poroča, da je pridelovanje fižola pomembno v vseh slovenskih pokrajinah. V Evropo so ga iz Amerike, kjer so ga Indijanci gojili v mešanih zasaditvah s koruzo, bučami in konopljo, prinesli 150 let prej. Na podlagi razlik v njegovem genomu (pri založni beljakovini fazeolin) so znanstveniki razbrali, iz katerega od dveh primarnih geografskih območij oz. genskih skladov (Andov ali Srednje Amerike) izvirajo posamezni genotipi fižola.

Program križanja fižola na KIS
V programu križanja fižola na KIS so osnova različice fižola s perspektivnim genomom iz slovenske rastlinske genske banke, ki jih uporabijo za materne rastline, križajo pa jih s tujimi komercial­nimi sortami, nosilkami posameznih odpornostnih lastnosti. Te praviloma uporabijo za očetne rastline. Obratno naredijo v primerih, ko se želena lastnost prenaša samo po materni strani, ali pri sortah, pri katerih je z ročno tehniko materne cvetove težko ali nemogoče odpreti. Leta 2016 so bile v program pri nizkem fižolu vključene kombinacije enajstih perspektivnih maternih genotipov in štirje očetni genotipi kot nosilci odpornosti. Pri visokem fižolu so v križanje vključili devet perspektivnih maternih genotipov in tri očetne genotipe.

Cilj odpornejše in zgodnejše sorte

Kakšne lastnosti pri fižolu cenimo Slovenci? »Naš okus kljub spremembam ohranja tradicionalna pričakovanja, ki so nam vodilo pri razvijanju novih sort: visoke sorte imamo zlasti radi za stročje v tipu maslencev, všeč so nam ploščati rumeni stroki brez niti, glavni lastnosti, ki bi jih radi dodali oz. izboljšali, pa sta odpornost proti virusu navadnega mozai­ka fižola (BCMV) in fižolovemu ožigu ter to, da bi bile sorte zgodnejše. Julija, ko zdajšnje cvetijo, namreč vročina pogosto povzroči odpadanje cvetov in zmanjšuje pridelek. Pri nizkih sortah fižola, katerih oskrba se zdi večini pridelovalcev, sploh vrtičkarjem, bolj obvladljiva, pa smo se osredotočili na fižol za zrnje, odpornost proti virusu BCMV in fižolovemu ožigu, visok pridelek, poleg tega naj bi bile nove sorte bolj odporne proti pomanjkanju vode (sušni stres),« našteva sogovornica.

Opraševalci s pinceto

Čeprav smo še sredi zime, nas je njen opis križanja fižola, potem ko vzgojijo materne in očetne rastline izbranih sort, ponesel v film, ki se sredi leta kak mesec dni vsako dopoldne vrti v plastenjakih v Infrastrukturnem centru v Jabljah. (V plastenjakih zato, da je fižol izoliran, da do cvetov ne morejo žuželč­ji opraševalci.) Z Barbaro Pipan vred se je za postopek križanja, ki zahteva veliko koncentracijo in mirno roko, izurila štiričlanska ekipa.

Ker je navadni fižol samoprašnica, pri kateri se pelod prenese na pestič s prašnikov v istem cvetu, tik preden se ta odpre, morajo človeški opraševalci naravo prehiteti. Pravzaprav velja to le za cvetove maternih rastlin, ki jih nameravajo oprašiti. Cvetovi z očetnih rastlin, ki bodo prispevale cvetni prah, morajo biti oprašeni in odprti. Vendar iz njih ne vzamejo prašnikov, temveč pestič, katerega temneje obarvana brazda je znak, da so na njej že prilepljena zrnca cvetnega prahu. Tehnično je namreč veliko lažje odtrgati pestič in z obarvano brazdo pometi pestič v cvetu materne rastline. 

»Da bi bilo to mogoče, je treba s koničasto pinceto odpreti goden in napet materni cvet po šivu navzgor, nežno razpreti njegovi krilci in desno potisniti navzdol, da iz cveta pokuka spiralasto zavit pestič. Prašniki morajo ostati v notranjosti. Če je brazda pestiča bela, pomeni, da je še deviška in da nismo prepozni. Ko jo podrgnemo z obarvano brazdo pestiča, prinesenega z očetovske rastline, tega potem kot rinko zataknemo za pestič maternega cveta, da ne more zdrkniti nazaj. Materni cvet takoj označimo z obarvano bombažno nitko, da se ve, kdo je oče,« nas skozi postopek vodi dr. Pipanova. Najbrž ni treba posebej poudarjati, da je za tolikšno sinhronizacijo potrebno, da rastline različnih sort sadijo večkrat zapored, jih ravno prav oskrbujejo z vodo in vedno nove cvetke oprašujejo, kolikor traja postopno cvetenje. Ko je tehnična plat končana, gredo očetne rastline na kompost, materne pa so deležne najboljše mogoče oskrbe, dokler stroki ne dozorijo.

Spontano križanje fižola
Čeprav je navadni fižol (Phaseolus vulgaris L.) samoprašnica, se v naravi s tujim cvetnim prahom opraši od enega do osem odstotkov cvetov. Turški ali laški fižol (Phaseolus coccineus L.), po domače keber, je tujeprašnica in ga s cvetnim prahom drugih sort oprašujejo žuželke.

Od oprašitve naprej je križanje po sogovorničinih besedah loterija, potomci se razvijejo ali pa tudi ne, če gre kaj narobe: bodisi da sta starševski rastlini nezdružljivi, seme nima prave vitalnosti ali ne preživi zaradi okoljskih razlogov ... Kljub takšnim neugodnim možnostim se lahko njena ekipa pohvali z več kot 90-odstotno uspešnostjo pri tej metodi križanja. K temu zanesljivo veliko pripomorejo vodno hlajene stene v plastenjakih, ki sredi poletja ohlajajo zrak in zmanjšujejo možnost odpadanja že skrižanih cvetov, pravi.

Križanju sledi selekcija

Opisani postopek, za katerega morajo biti vse starševske rastline povsem zdrave, je samo eden od korakov križanja. Seveda nosi le del semena prve generacije želene lastnosti staršev. To je odvisno od tega, ali se gen prenaša dominantno ali recesivno – recesivna lastnost se med oploditvijo v najboljšem primeru prenese na četrtino potomcev (tak­šna lastnost je pri fižolu denimo rumena barva strokov). Usmerjenemu križanju zato nujno sledi selekcija. »Ali ima rastlina lastnosti, ki smo jih želeli doseči s križanjem, najlaže preverimo v drugi generacij potomcev v laboratoriju – spet z metodo molekulskih označevalcev, ki smo jo uporabili že za preverjanje potenciala sort, vključenih v križanje. Pogoj za identifikacijo genoma z molekulskimi označevalci je, da iz rastlinskega tkiva izoliramo DNK, ki je nosilka dednih informacij v organizmih. V genetskem laboratoriju KIS jo pridobimo iz zdravih mladih fižolovih listov.«

Medtem ko prvo generacijo križancev (semen) dobijo z ročno oprašitvijo fižola, se naslednje razvijejo s samooprašitvijo v rastlinjaku in pozneje na polju – postopek ponav­ljajo še pet let, da se populacija stabilizira in izenači, potem pa je nova različica godna za proizvodni poskus in oceno RIN (razpoznavnost, izenačenost, nespremenljivost), ki je pogoj za vpis v evropsko sortno listo, sklene pripoved dr. Pipanova.