Výzkumný tým 13: Biologie stresu a biotechnologie ve šlechtění

Studium genetického založení hospodářsky důležitých znaků a vlastností rostlin, s důrazem na rezistenci polních plodin vůči stresům spojeným se změnou klimatu (teplotní extrémy, sucho, některé choroby) a na další aktuální požadavky agrárního sektoru. Aplikace metod na bázi rostlinných kultur in vitro, proteomických a biotechnologických postupů. Vývoj laboratorních a provokačních testů se zaměřením na tvorbu a výběr genotypů obilovin, řepky olejky, dalších brukvovitých plodin a zelenin s požadovanými parametry výnosu, kvality a odolnosti ke stresům. Aplikace systémů sterility v hybridním šlechtění brukvovitých plodin. Rozvoj proteinového fenotypování a markerování pomocí specifických proteinů a transkriptů..

Další a jiné činnosti

 

Další členové týmu:

Mgr. Pavel Vítámvás, Ph.D.: zástupce vedoucího týmu, samostatný vědecký pracovník – využití proteomických metod pro výzkum odpovědí rostlin na abiotické a biotické stresy

RNDr. Ilja Tom Prášil, CSc.: samostatný vědecký pracovník – biologie stresu a rezistence plodin vůči abiotickým stresům

RNDr. Klára Kosová, Ph.D.: samostatná vědecká pracovnice – proteomika a její využití pro studium abiotických a biotických stresů

Ing. Tereza Nešporová: asistentka výzkumu – výzkum reakce a odolnosti obilnin na sucho na fyziologické, proteomické a subproteomické úrovni, W-blot, DIGE, LC-MS/MS.

Ing. Vratislav Kučera, CSc.: emeritní vědecký pracovník – studium a využití perspektivních hybridních systémů a metod dihaploidů ve šlechtění řepky olejky

Ing. Jana Musilová: samostatná odborná pracovnice – samostatné vedení a organizace polních, skleníkových a nádobových pokusů

Ing. Marie Coufová: samostatná odborná pracovnice – administrace projektů, zajištění pokusů v polních a v regulovaných podmínkách

Mgr. Zdeněk Cit: samostatný odborný pracovník – samostatné vedení laboratorních pokusů, experimentální práce v oblasti proteomických analýz

Ing. Hanna Rosokha: odborná pracovnice – zakládání in vitro kultur, pasážování regenerantů, křížení

Bc. Petra Bartošová: odborná pracovnice – zakládání in vitro kultur, pasážování regenerantů, křížení

Ing. Pavla Bryxová: Ph.D. studentka ČZU – in vitro kultury u brukvovitých plodin

 

Nejvýznamnější aktuální výsledky týmu:

Analýza odolnosti obilovin k abiotickým stresům

Pomocí standardních metod používaných v rámci hodnocení odolnosti plodin vůči abiotickým stresům byla testována a analyzována kolekce genotypů pšenice, trav a ječmenů. V nádobových testech byla denně zaznamenávána a regulována vlhkost gravimetrickým měřením na požadovanou hladinu půdní vodní kapacity – tj. na 70 či 35 % PVK). Na odolnost pšenic pěstovaných v regulovaných podmínkách (Baletka, Tobak) vůči suchu (70 vs. 35 % PVK) byly také provedeny proteomické (2D-DIGE) a metabolomické analýzy. Byly získány výsledky pro další analýzu odolnosti pšenice, ječmene a trav k vybraným abiotickým stresům. Dle získaných parametrů byly odhadnuty odolnosti daných plodin vůči těmto abiotickým stresům. Byly vytvořené a podané užitné vzory chránící získané DaRT markery vztažené k odečtenému fenotypu.
Citace:
Ahres, M., Gierczik, K., Boldiszár, Á., Vítámvás, P. & Galiba, G. 2020: Temperature and Light-Quality-Dependent Regulation of Freezing Tolerance in Barley.  Plants 9(1), 83; https://doi.org/10.3390/plants9010083.
Kosová, K., Vítámvás, P., Prášil, I.T. 2021: Hodnocení odolnosti souboru ozimých pšenic (Triticum aestivum L.) vůči suchu. Úroda 12: 157-164.
Kosová, K., Vítámvás, P., Prášil, I.T. 2021: Physiological adaptations in temperate crops to environmental constraints during the growing season. In: Pessarakli M. (ed.): Handbook of Plant and Crop Physiology, 4th edition. Pp. 427-444. CRC Press, Taylor and Francis.
Kosová, K., Vítámvás, P., Vítámvás, J., Cit, Z., Prášil, I. T. (2023) Odezva VRN-A1 substitučních linií pšenice Norstar-Manitou na kombinaci dlouhodobého chladu a sucha Úroda 71/12, vědecká příloha, 57–64.
Nešporová, T.,  Vítámvás, P.,  Valárik, M. 2021: DArT markery asociované s tolerancí pšenice vůči mrazu lokalizované na 2D, 4B a 5D chromozómech
Nešporová, T., Vítámvás, P., Renaut, J. 2021: Rostlinná vodní strategie „plýtvač a šetřič“: metabolomické a proteomické objasnění reakce pšenice na sucho. Úroda 12: 181-188.
Prášil, I.T., Musilová, J., Prášilová, P., Janáček, J., Coufová, M., Kosová, K., Klíma, M., Hermuth, J., Holubec, V., Vítámvás, P.  (2025): Effect of geographical origin, regional adaptation, genotype, and release year on winter hardiness of wheat and triticale accessions evaluated for six decades in trials. Sci Rep 15, 5961. https://doi.org/10.1038/s41598-025-89291-8

Využití proteomiky pro hodnocení odolnosti plodin vůči chladu a suchu

Proteomický výzkum odpovědi různě odolných odrůd na abiotický stres nám umožňuje spolu s fyziologickými analýzami i na proteinové úrovni popsat aktuální stavu rostlin a hodnotit míru jejich poškození. Proteiny významně ovlivněné abiotickým stresem patřily mezi různé skupiny proteinů (fotosyntetického aparátu, metabolismu cukrů, lipidů, aminokyselin, stresové a ochranné proteiny). Díky akumulaci dehydrinů jsme dokázali validovat výsledky získaté proteomickými či transkriptomickými postupy. Znovu se také potvrdilo, že úroveň dehydrinů se liší u různě odolných odrůd srovnávaných ve stejných podmínkách.
Citace:
Kosová, K., Klíma, M., Prášil, I.T., Vítámvás, P. (2021): COR/LEA Proteins as Indicators of Frost Tolerance in Triticeae: A Comparison of Controlled versus Field Conditions. Plants. 2021; 10(4):789. https://doi.org/10.3390/plants10040789
Kosová, K., Prášil, I.T., Klíma M., Nesvadba, Z., Vítámvás, P., Ovesná, J. (2023):  Proteomics of wheat and barley cereals in response to environmental stresses: Current state and future challenges. J. Proteomics 282:104923. Doi: 10.1016/j.jprot.2023.104923
Kosová, K., Vítámvás, P., Prášil, I.T., Klíma, M., Renaut , J. 2021: Plant proteoforms under environmental stress: Functional proteins arising from a single gene. Frontiers in Plant Science, accepted. doi: 10.3389/fpls.2021.793113
Nešporová T., Vítámvás P., Kosová K., Hynek R., Planchon S., Renaut J. (2024): Water-saving and water-spending strategy: The physiological, proteomic and metabolomic investigation of wheat response to drought and the following recovery. Plant Stress 13: 100509. doi: 10.1016/j.stress.2024.100509 – IF 6,1,
Vítámvás, P., Prášil, I.T., Vítámvás, J., Klíma, M. (2021): Relationship between WCS120 Protein Family Accumulation and Frost Tolerance in Wheat Cultivars Grown under Different Temperature Treatments. Plants. 2021; 10(6):1114. https://doi.org/10.3390/plants10061114

Vývoj a implementace tzv. systému dihaploidů do šlechtitelského procesu

Pro efektivní tvorbu homozygotních dihaploidních (DH) linií, s morfologickou vyrovnaností na úrovni hybridů a dalšími požadovanými znaky, lze s úspěchem využít techniku mikrosporových kultur in vitro. Pomocí této metody a následným in vitro spontánním nebo indukovaným zdvojením chromozómové sádky je možné fixovat i několik recesivních znaků najednou při omezeném rozsahu hybridní populace a provádět selekci i polygenně založených znaků ve velmi časné generaci. Tím může být celý proces tvorby zcela homozygotního genotypu zkrácen až o 5 let. Stoprocentní homozygotnost je navíc klasickými šlechtitelskými postupy prakticky nedosažitelná.
Citace:
Bartošová P., Klíma M., Rosokha H., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Horal P. (2024): Prašníkové kultury ve šlechtitelském procesu mrkve obecné seté (Daucus carota L. subsp. sativus). Úroda 12, roč. LXXII, vědecká příloha, s. 9-16.
Bartošová, P., Klíma, M., Rosokha, H., Vítámvás, P., Kosová, K., Prášil, I.T (2023):  Optimalizace metody in vitro gynogeneze u cibule kuchyňské (Allium cepa L.). Úroda 71/12, vědecká příloha, 9–16
Bryxová, P.; Fernández-Cusimamani, E.; Klíma, M. (2025): Current Insights into Various In Vitro Dihaploidization Techniques Used in Brassica Oil Crops. Agronomy, 15, 179. doi: 10.3390/agronomy15010179
Klíma M., Shmeit Y.H., Kopecký P., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Fernández-Cusimamani E. (2024): Impact of selected antimitotic substances on doubled haploid and polyploid regeneration in microspore cultures of swede (Brassica napus ssp. napobrassica (L.) Hanelt). 60(2):79-85
Klíma, M., Kopecký, P., Bartošová, P., Rosokha, H., Vítámvás, P., Kosová, K., Prášil, I.T (2023): Využití technologie dihaploidů ve šlechtění brukvovité zeleniny. Úroda 71/12, vědecká příloha, 41–48
Rosokha H., Klíma M., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Balcar M. (2024): Využití kultur izolovaných vajíček ve šlechtění řepy červené (Beta vulgaris var. vulgaris). Úroda 12, roč. LXXII, vědecká příloha, s. 105-112
Urban, M.O., Planchon, S., Hoštičková, I., Vanková, R., Dobrev, P., Renaut, J., Klíma, M., Vítámvás, P. (2021): The Resistance of Oilseed Rape Microspore-Derived Embryos to Osmotic Stress Is Associated With the Accumulation of Energy Metabolism Proteins, Redox Homeostasis, Higher Abscisic Acid, and Cytokinin Contents. Frontiers in Plant Science 12: 628167, doi: 10.3389/fpls.2021.628167

Dihaploidní odrůdy ozimé řepky a tuřínu

Jedná se o první tzv. dihaploidní odrůdy řepky a brukvovité zeleniny vzešlé z českého šlechtění. Výhoda dihaploidního systému tkví v tom, že lze rychle vytvářet zcela uniformní linie a pružně tak reagovat na požadavky pěstitelů olejnin a zelenin. Tato metoda zkracuje proces tvorby nových odrůd o cca 5 let. 100% genetická uniformita pak významnou měrou přispívá k vysoké vyrovnanosti porostů takovýchto odrůd.
Citace:
Klíma, M., Kopecký, P., Prášil, I., Vítámvás, P., Kosová, K., Shmeit Y.H., Hýbl, M. (2020): Odrůda tuřínu Ruzzini, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
Kopecký, P., Klíma, M., Prášil, I., Vítámvás, P., Kosová, K., Ćavar Zeljković, S., Tarkowski, P. (2023): Odrůda tuřínu Ruzol. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
Vrbovský, V., Klíma, M., Macháčková, I., Šmirous, P. & Řičica, M. (2018): Odrůda řepky ozimé Ornament, OSEVA, vývoj a výzkum s.r.o.
Vrbovský, V., Klíma, M., Macháčková, I., Šmirous, P. & Řičica, M. (2016): Odrůda řepky ozimé Orex, OSEVA vývoj a výzkum s.r.o.
Vrbovský, V., Klíma, M., Macháčková, I., Šmirous, P. & Řičica, M. (2016). Odrůda řepky ozimé Orion, OSEVA, vývoj a výzkum s.r.o.

 

Řešené projekty:

• MZE-RO0423 (institucionální podpora), VZ06/Akt.č.2: Výzkum a využití nových metod, šlechtitelských technik a biologie stresu k identifikaci a zlepšování biologického potenciálu výchozích materiálů, rozšíření genetické diverzity a šlechtění plodin na zvýšenou rezistenci k extrémním teplotám a suchu (spoluřešitel); VZ07/Akt.č.2: Optimalizace a aplikace nových postupů a metod šlechtění (in vitro biotechnologií, proteomiky, metabolomiky, transkriptomiky a fyziologie stresu) k selekci a tvorbě výchozích genotypů a šlechtitelských polotovarů zelenin s vyšší rezistencí k abiotickým stresům (spoluřešitel)
• QL24010202: Zavedení a využití biotechnologických postupů k identifikaci, charakterizaci a tvorbě genotypů a uniformních výchozích materiálů pro tvorbu hybridních odrůd zelenin (odp. řešitel za VÚRV/CARC)
• QL24010142: Vývoj a aplikace metod pro výběr a tvorbu odrůd pšenice ozimé tolerantnějších k virové zakrslosti pšenice a suchu za účelem zvýšení rentability produkce (odp. řešitel za VÚRV/CARC)
• FW10010461: Moderní technologie ve šlechtění olejnin a luskovin – zavedení tvorby dihaploidů a molekulární identifikace donorů rezistence ve šlechtitelských programech olejnin a luskovin (odp. řešitel za VÚRV/CARC)
• QK22010031: Využití inovativního potenciálu nanotechnologií pro zvýšení rentability vybraných oblastí zemědělské produkce (odp. řešitel za VÚRV/CARC)
• QK22010293: Genomická a proteomická charakteristika odolnosti pšenic vůči vybraným abiotickým a biotickým stresům (odp. řešitel)
• Dotační titul 3.d.: Tvorba genotypů ozimé řepky odolnějších vůči stresům sucha a chladu (odp. řešitel)
• Zakázky jiné činnosti: Hodnocení odolnosti polních plodin vůči abiotickým stresům (odp. řešitel)

 

Vybrané publikace a další výsledky (2023–2024):

J_imp – článek v impaktovaném časopise

• Alba-Mejía, J.E., Dohnal, V., Domínguez-Rodríguez, G., Středa, T., Klíma, M., Mlejnková, V., Skládanka, J. (2023) Ergosterol and polyphenol contents as rapid indicators of orchardgrass silage safety. Heliyon 9(4), e14940, ISSN 2405-8440, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14940.
• Jozová, E., Rost, M., Rychlá, A., Stehlíková, D., Pudhuvai, B., Hejna, O., Beran, P., Čurn, V., Klíma, M. (2023) Microsatellite Markers: A Tool to Assess the Genetic Diversity of Yellow Mustard (Sinapis alba L.). Plants, 12, 4026. https://doi.org/10.3390/plants12234026
• Klíma M., Shmeit Y.H., Kopecký P., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Fernández-Cusimamani E. (2024) Impact of selected antimitotic substances on doubled haploid and polyploid regeneration in microspore cultures of swede (Brassica napus ssp. napobrassica (L.) Hanelt). 60(2):79-85
• Kosová, K., Prášil, I.T., Klíma M., Nesvadba, Z., Vítámvás, P., Ovesná, J. (2023) Proteomics of wheat and barley cereals in response to environmental stresses: Current state and future challenges. J. Proteomics 282:104923. Doi: 10.1016/j.jprot.2023.104923
• Nešporová T., Vítámvás P., Kosová K., Hynek R., Planchon S., Renaut J. (2024) Water-saving and water-spending strategy: The physiological, proteomic and metabolomic investigation of wheat response to drought and the following recovery. Plant Stress 13: 100509. doi: 10.1016/j.stress.2024.100509

J_rec – článek v recenzovaném časopise

• Bartošová P., Klíma M., Rosokha H., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Horal P. (2024): Prašníkové kultury ve šlechtitelském procesu mrkve obecné seté (Daucus carota L. subsp. sativus). Úroda 12, roč. LXXII, vědecká příloha, s. 9-16.
• Bartošová, P., Klíma, M., Rosokha, H., Vítámvás, P., Kosová, K., Prášil, I.T (2023) Optimalizace metody in vitro gynogeneze u cibule kuchyňské (Allium cepa). Úroda 71/12, vědecká příloha, 9–16
• Klíma M., Bartošová P., Rosokha H., Vrbovský V., Baránek M.: Využití nanočástic v in vitro kulturách řepky olejky (Brassica napus L.). Úroda 12, roč. LXXII, 2024, vědecká příloha, s. 73 – 80
• Klíma, M., Kopecký, P., Bartošová, P., Rosokha, H., Vítámvás, P., Kosová, K., Prášil, I.T (2023) Využití technologie dihaploidů ve šlechtění brukvovité zeleniny. Úroda 71/12, vědecká příloha, 41–48
• Kosová K., Vítámvás P., Cit Z., Prášil I.T., Nesvadba Z., Holubec V., Ovesná J. (2024) Odezva vybraných genotypů planých ječmenů (H. vulgare ssp. spontaneum, H. marinum) na sucho a zasolení na základě stanovení morfofyziologických charakteristik a akumulace dehydrinů. Úroda 12, roč. LXXII, 2024, vědecká příloha, s. 81-88
• Kosová K., Vítámvás P., Holková L., Smutná P. (2024) Nové poznatky týkající se rezistence pšenice k viru zakrslosti pšenice (WDV). Obilnářské Listy 32/3-4: 71-73.
• Kosová, K., Vítámvás, P., Vítámvás, J., Cit, Z., Prášil, I. T. (2023) Odezva VRN-A1 substitučních linií pšenice Norstar-Manitou na kombinaci dlouhodobého chladu a sucha Úroda 71/12, vědecká příloha, 57–64
• Rosokha H., Klíma M., Vítámvás P., Kosová K., Prášil I.T., Balcar M. (2024) Využití kultur izolovaných vajíček ve šlechtění řepy červené (Beta vulgaris var. vulgaris). Úroda 12, roč. LXXII, vědecká příloha, s. 105-112
• Rosokha, H., Klíma, M., Bryxová, P., Vítámvás, P., Kosová, K., Prášil, I.T., Rychlá, A., Vrbovský, V (2023) Implementace mikrosporové embryogeneze do šlechtitelského procesu hořčice sareptské (Brassica juncea (L.) Czern.) Úroda 71/12, vědecká příloha, 71–78

N_met – certifikovaná metodika

• Klíma M., Vítámvás P., Prášil I.T., Kosová K.: Metodika tvorby dihaploidních linií hořčice sareptské. ISBN 978-80-7427-398-8
• Žalud, Z., Růžek, P. Prášil, IT. et al. 2023: Využití portálu Agrorisk.cz – systému včasné výstrahy před negativními dopady počasí do zemědělství. METODIKA PRO PRAXI. Mendelova univerzita v Brně, ISBN 978-80-7509-939-6

Z_odr – odrůda

• Kopecký, P., Klíma, M., Prášil, I., Vítámvás, P., Kosová, K., Ćavar Zeljković, S., Tarkowski, P. 2023: Odrůda tuřínu Ruzol. Kód odrůdy: 5108125
• Klíma et al. 2024: Odrůda ozimé řepky ‘Frity ’, číslo osvědčení UKZUZ 037315/2024

Z_tech – ověřená technologie

• Klíma, M., Kosová K., Prášil I., Vítámvás, P., Rosokha, H., Kopecký, P., Bartošová, P. Technologie produkce a využití dihaploidů ve šlechtění brukvovitých zelenin (2023)
• Klíma, M., Kosová K., Prášil I., Vítámvás, P., Rosokha, H., Bartošová, P. (2023) Technologie využití dihaploidního systému ve šlechtění hořčic

F_uzit – užitný vzor

• Vítámvás P. (2023), Peptidové markery asociované s reaktivitou aveninů ovsa. Číslo patentu: 36871
• Vítámvás P., Valárik M., Dreiseitl A. (2023), DaRT markery asociované s rezistencí pšenice vůči padlí vyvolanému houbou Blumeria graminis f.sp.tritici. Číslo patentu: 37026

G_funk – funkční vzorek

• Klíma, M. (2023) Soubor dihaploidních materiálů brukvovitých zelenin s definovanou kvalitou
• Klíma, M. (2023) Dihaploidní genotypy hořčice se specifickými vlastnostmi
• Klíma et al. (2024) Dihaploidní genotyp řepky se specifickými vlastnostmi
• Klíma et al. (2024) Dihaploidní genotyp tuřínu se specifickými vlastnostmi

________________________________________________________________
Webová stránka týmu byla aktualizována k 1. 4. 2025