Hybridizace je proces křížení organismů různých druhů nebo poddruhů za účelem vytvoření hybridu. Tento proces je široce používán v zemědělství k vytvoření plodin s požadovanými vlastnostmi, jako je vysoký výnos, odolnost vůči chorobám a odolnost vůči suchu. K hybridizaci dochází také přirozeně ve volné přírodě, což často vede ke vzniku nových druhů. Někdy však hybridizace může vyústit v neplodné potomstvo, které se nemůže rozmnožovat. Tento jev, známý jako hybridní sterilita, je hlavní překážkou úspěchu hybridizace.
Hybridizace zahrnuje smíchání genetického materiálu ze dvou různých druhů nebo poddruhů. Potomek z takového křížení zdědí geny obou rodičů. V některých případech může kombinace genů ze dvou různých druhů vyústit v hybrid, který je silnější, rychlejší nebo odolnější vůči chorobám než kterýkoli z rodičů. V jiných případech však bude potomstvo neplodné, neschopné reprodukce. To se děje proto, že genetický materiál od dvou rodičů je neslučitelný.
Hybridní neplodnost je častým problémem spojeným s hybridním šlechtěním. Sterilní hybridy se tvoří, když se dva geneticky odlišné organismy páří a jejich potomci nejsou schopni produkovat životaschopné gamety. Hybridní neplodnost je často způsobena genetickou nekompatibilitou, ke které dochází při páření dvou různých druhů. Mezi nejčastější typy hybridní sterility patří bariéry po oplodnění a bariéry před oplodněním.
Hybridy trpí neplodností kvůli genetické neslučitelnosti mezi dvěma rodičovskými druhy. Tyto genetické inkompatibility se mohou vyskytovat v různých fázích vývoje, od tvorby gamet až po embryonální vývoj. V některých případech je genetický materiál dvou rodičů jednoduše neslučitelný a výsledné potomstvo se nemůže rozmnožovat. V jiných případech je hybridní neplodnost způsobena interakcí genů dvou rodičů, což může vést k vývojovým abnormalitám nebo jiným problémům.
Postfertilizační bariéry jsou genetické inkompatibility, ke kterým dochází po oplodnění. Tyto bariéry mohou bránit vývoji životaschopných potomků, což vede k neplodnosti hybridů. Bariéry po oplodnění mohou zahrnovat problémy s meiózou, procesem tvorby gamet nebo s embryonálním vývojem.
Bariéry před oplodněním jsou genetické nekompatibility, ke kterým dochází před oplodněním. Tyto bariéry mohou zcela zabránit oplodnění nebo zabránit vývoji životaschopného potomstva. Překážky bránící oplodnění mohou zahrnovat problémy s rozpoznáním partnera, rozdíly v chování při páření nebo rozdíly v načasování reprodukčních cyklů.
Při hybridizaci hraje důležitou roli počet chromozomů. V mnoha případech jsou kříženci neplodní, protože mají lichý počet chromozomů, což ztěžuje tvorbu životaschopných gamet. Počet chromozomů může také ovlivnit genovou expresi, což vede k vývojovým abnormalitám nebo jiným problémům.
Hybridizace sehrála významnou roli v evoluční teorii. Vytváření nových druhů prostřednictvím hybridizace je známé jako hybridní speciace. Hybridní speciace může nastat, když se dva různé druhy páří a produkují plodné potomstvo, které se pak může křížit s jinými členy populace. Hybridní speciace je důležitým mechanismem evoluce, protože umožňuje vytvoření nových druhů s jedinečnými vlastnostmi.
Hybridizace je také důležitá v ochranářské biologii. Mnoho ohrožených druhů je ohroženo hybridizací s jinými, běžnějšími druhy. Hybridizace může vést ke ztrátě genetické rozmanitosti a zředění jedinečných vlastností, což ztěžuje zachování ohrožených druhů.
Hybridizace byla široce používána v zemědělství k vytvoření plodin s požadovanými vlastnostmi. Hybridní plodiny jsou často odolnější vůči chorobám a produkují vyšší výnosy než jejich nehybridní protějšky. Hybridizace však může také vést ke ztrátě genetické rozmanitosti plodin, což je může učinit zranitelnými vůči škůdcům a chorobám.
Genetická manipulace je jedním z přístupů k překonání neplodnosti hybridů. Vědci mohou pomocí technik genetického inženýrství modifikovat genetický materiál hybridů, aby byli více kompatibilní s genetickým materiálem jejich rodičů. V některých případech byl tento přístup úspěšně použit k produkci plodných hybridů.
Hybridizační studie jsou důležitou oblastí studia vědců a výzkumníků. Pochopení mechanismů hybridizace a důvodů hybridní sterility nám může pomoci překonat bariéry hybridizace a vytvořit nové, odolnější druhy. Jak budeme pokračovat ve zkoumání možností hybridizace, můžeme objevit nové způsoby, jak využít tento proces ve prospěch zemědělství, ochrany přírody a dalších oblastí.
Představivost různých národů dala vzniknout mnoha pohádkovým bytostem, které kombinují rysy různých druhů. Kentauři a mořské panny, gryfové (stvoření s tělem lva a hlavou a křídly orla) a babylonští okřídlení býci. Samozřejmě chápeme, že jde o fiktivní zvířata, nelze je najít ani v přírodě, ani v nejmodernější laboratoře.
Přitom se téměř každý den potýkáme s živými organismy (přesněji s produkty z nich připravenými), které vznikly právě jako výsledek spojení různých druhů. Pravda, k tomuto spojení nedochází tak, že by na tělo jednoho tvora byla položena hlava druhého. A původní druhy od sebe nebyly tak daleko jako třeba lev a orel. V podstatě takoví tvorové se dvěma hroty patří do rostlinného světa. A nejčastěji – pěstované rostliny.
Švestky jsou lidstvu známé od nepaměti, několik odrůd této rostliny bylo popsáno již ve 1930. století před naším letopočtem. Je známo mnoho planě rostoucích druhů stromů a keřů, které jednoznačně souvisejí s pěstovanou švestkou. Ale kdo z nich byl jejím předkem? Záhada byla vyřešena až ve XNUMX. letech XNUMX. století, kdy chovatelé zkřížili dva divoké příbuzné švestky, trnky a švestky třešňové. Výsledná rostlina se nijak nelišila od nejstarší, „vyšlechtěné“ odrůdy pěstované švestky. Proč se takoví kříženci nenacházejí ve volné přírodě, kde roste jak třešňová švestka, tak trn? Ukazuje se, že švestka není jednoduchý hybrid. Ale abyste pochopili, jaké je jeho tajemství, musíte si trochu promluvit o tom, jak obecně funguje aparát dědičnosti v živých organismech.
Jak je známo, všechny dědičné vlastnosti – včetně těch, které odlišují jeden druh od druhého – se přenášejí z rodičů na potomky prostřednictvím genů. Geny jsou úseky obrovských molekul deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Tyto molekuly jsou vlákna o tloušťce pouze několika atomů, ale obrovské (podle molekulárních standardů) dlouhé – až několik centimetrů. Takové molekuly by se samozřejmě nevešly do žádné buňky, tím méně do buněčného jádra, kde se nacházejí. Proto jsou vlákna DNA v buňce vždy zkroucena a navinuta do té či oné míry. To je zvláště patrné při dělení buněk, kdy je každé takové vlákno navinuto co nejtěsněji a „přadénka“ je vidět běžným mikroskopem. Tyto „přadénky“ se nazývají chromozomy. Počet chromozomů je u každého druhu jiný a může se lišit i mezi blízce příbuznými druhy. U většiny mnohobuněčných organismů – rostlin i zvířat – téměř všechny buňky těla nesou dvojitou sadu chromozomů. Během života organismu se buňky dělí a každá výsledná „polovina“ je dokončena do svého původního stavu, to znamená, že také tvoří dvojitou sadu chromozomů.
Trochu jiná je situace u pohlavních buněk, které slouží k rozmnožování těla. Za prvé, reprodukční buňka také prochází několika „obyčejnými“ děleními. Ale pak, před dalším dělením, se každý chromozom buňky přiblíží svému páru a vymění si kousky sebe – geny. Po této výměně se buňka dělí dvakrát za sebou, ale bez dvojité DNA. Výsledkem je, že v každé výsledné pohlavní buňce jsou chromozomy přítomny pouze v jedné kopii. To je pochopitelné, protože pohlavní buňky se budou muset navzájem sloučit a pak se sada chromozomů opět zdvojnásobí. Proces výměny genů, ke kterému dochází při zrání zárodečné buňky, je velmi důležitý – zajišťuje promíchání genů v každé generaci. Ale u mezidruhových hybridů je tato výměna obvykle nemožná: rodiče tohoto hybridu totiž zpravidla nemají stejný počet chromozomů. Výsledkem je, že v hybridních buňkách je každý chromozom jedinečný, nemá pár a nemá si s kým vyměňovat sekce. A bez toho nemohou pohlavní buňky dozrát a kříženci se ukáží jako neplodní.
A co švestka? Ukázalo se, že tuto obtíž obešla. V obyčejných trnkových buňkách je 32 chromozomů, třešňová švestka – 16. To znamená, že zárodečné buňky těchto rostlin by měly mít 16 a 8 chromozomů a po jejich splynutí bude mít hybrid 16 + 8 = 24 chromozomů. Ale buňky pěstovaných švestek mají 48 chromozomů! To znamená, že každý chromozom rodičovského druhu je zde přítomen ve dvou kopiích, a když zárodečné buňky (u rostlin jsou to buňky vajíček a pylová zrna) dozrají, snadno si najdou partnera. A skutečně, jak víme, pěstované švestky pravidelně vytvářejí plody se semeny (jádra slivoně), ze kterých lze vypěstovat nové rostliny.
Těžko říct, jak k takové podivné hybridizaci došlo. Pravděpodobně to všechno začalo tím, že v důsledku pádu pylu jednoho druhu na květ druhého vznikl obyčejný 24-chromozomální hybrid. Byl sterilní, ale mohl se množit vegetativně a produkoval výhonky z kořenů. A jeden z jeho potomků z takové reprodukce zažil spontánní zdvojnásobení genomu, což mu vrátilo schopnost rozmnožování semeny. Vzhledem k tomu, že taková švestka se ve volné přírodě prakticky nikdy nevyskytuje, s velkou pravděpodobností pomohli dávní šlechtitelé, kteří pečlivě rozmnožili strom s neobvykle velkými plody.
Při bližším zkoumání se ukázalo, že řada dalších kulturních rostlin vznikla právě mezidruhovou hybridizací s následným zdvojením genomu. Zřejmě tak se objevil běžný tabák a americké druhy dlouhosložkové bavlny. Nejúžasnější překvapení ale vědcům přinesla nejoblíbenější plodina na světě – pšenice. Přesněji pšenice měkká (tak se jmenuje jedna z jejích odrůd), z jejíchž zrn se peče bílý chléb a různé housky. Při snaze zjistit jeho původ se ukázalo, že jde o potomka dokonce ne dvou, ale tří druhů divokých obilnin, navzájem nepříliš příbuzných, patřících do různých rodů. Jedním z předků moderní měkké pšenice byla divoká urartská pšenice, druhým byl jeden z druhů rodu Aegilops. Třetího „rodiče“ se nepodařilo přesně identifikovat (buď vymřel, nebo se během své evoluce výrazně změnil), ale pravděpodobně se jednalo o obilninu rodu Sitopsis. Každý z předků měl 14 chromozomů a chlebová pšenice 42. Tedy mezidruhová hybridizace proběhla dvakrát – a v obou případech s následným (nebo naopak – předchozím) zdvojením genomu.
Vědci nedokážou říci, jak mohlo takové genetické monstrum vzniknout. Je známo pouze to, že genomy urartské pšenice se nejprve spojily s neznámou sitopsí. Tak se objevila pšenice dvouzrnka neboli špalda, jak se jí také říká – ta samá, se kterou souhlasil Puškinův Balda a která se na některých místech stále pěstuje. Podle vědců se to stalo před stovkami tisíc let. To znamená, že lidé s tím neměli nic společného – jejich předci v té době žili velmi daleko od míst, kde všichni „herci“ rostli, a ještě nepřemýšleli o zemědělství, nemluvě o šlechtění rostlin. Později, jen před pár tisíci lety (a možná s pomocí dávných farmářů), byl do tohoto genetického koktejlu přidán genom Aegilops. Co však genetiky nejvíce ze všeho fascinuje, není to, jak takový složitý hybrid mohl vzniknout, ale jak se jeho tři genomy dokázaly „shodnout“ mezi sebou. Koneckonců, každý z nich zahrnuje svůj vlastní program vývoje rostlin a současné provádění všech tří mělo vést k vývojovým poruchám. Tuto záhadu ale vědci teprve vyřešili.
