Podle tiskové zprávy Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB AV ČR) přináší výzkum mezinárodního týmu vedeného českými vědci zásadní poznatky o (ne)stabilitě některých typů chromozomů. Ukazuje se, že genom rostlin není tak neměnnou entitou, jak se v klasické genetice dosud předpokládalo, ale představuje mnohem dynamičtější systém.

Dokáže se zbavit nadbytečné části dědičné informace

Odborníci z olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB AV ČR ve spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci a německým Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research nastínili mechanismus, kterým se organismus dokáže zbavit nadbytečné části dědičné informace. Studie publikovaná v prestižním vědeckém časopise Genome Biology se zaměřila na analýzu chování takzvaných B chromozomů u divokého čiroku, což jsou nadbytečné úseky DNA, jejichž biologický význam byl dlouhou dobu nejasný. Tato zjištění zásadním způsobem mění náhled na to, jak mohou chromozomy aktivně ovlivňovat procesy, které rozhodují o jejich zachování či odstranění.

Mechanismus vývoje embrya

Klíčovou metodou, která umožnila poodhalit taje tohoto procesu, byla pokročilá fluorescenční mikroskopie. Vědci díky ní mohli sledovat, jak se výskyt B chromozomů mění v průběhu ontogeneze rostliny, konkrétně během vývoje embrya. Výzkum odhalil zajímavou časoprostorovou regulaci: zatímco v raných stadiích embryogeneze jsou B chromozomy přítomny téměř ve všech buňkách, s postupujícím vývojem dochází k jejich systematickému vytrácení. Ve střední fázi vývoje embrya nastává proces masivní eliminace, po němž v pozdních stadiích tyto chromozomy přetrvávají výhradně v meristematických neboli růstových pletivech. Tento fakt jasně dokazuje, že odstranění nadbytečných úseků DNA není nahodilým jevem, ale jde o přesně načasovaný, cílený a vývojově řízený biologický děj, uvádí tisková zpráva.

Sekvenace planého čiroku

Pro pochopení molekulární podstaty tohoto jevu bylo podle tiskové zprávy nezbytné sestavit vůbec první genomovou sekvenci planého čiroku, který B chromozomy obsahuje. Tato analýza potvrdila, že B chromozom není pouhým fragmentem DNA, ale strukturně plnohodnotným chromozomem, který vznikl kombinací úseků standardních chromozomů. Přestože se vyznačuje nižším počtem genů ve srovnání s běžnými chromozomy a jeho struktura je tvořena značným podílem opakujících se sekvencí, vykazuje jasně rozpoznatelnou stavbu a má svou vlastní evoluční historii.

Geny řídící vlastní osud

Zásadní průlom v bádání přineslo srovnání aktivity genů u embryí disponujících B chromozomy a embryí bez nich. Vědci identifikovali specifické geny situované přímo na B chromozomu, které jsou aktivní právě v době jeho eliminace. Tyto geny pravděpodobně ovlivňují procesy buněčného dělení a to, zdá se chromozomy správně rozdělí do dceřiných buněk, nebo se naopak z buňky ztratí. Pokud se při dělení B chromozom opozdí, vytvoří takzvané mikrojádro a je následně odstraněn, uvádí zpráva. Jak vysvětlila Miroslava Karafiátová z ÚEB AV ČR, výsledky naznačují, že B chromozomy mohou aktivně přispívat ke své vlastní eliminaci. „Ukázali jsme, že jde o vývojově naprogramovaný proces a že samotný chromozom pravděpodobně nese geny, které jeho osud aktivně ovlivňují,“ dodala. Tento objev představuje významný posun v základním výzkumu stability genomu.

Využití ve šlechtění

Podle Jana Bartoše, vedoucího olomouckého pracoviště, přestal být B chromozom vnímán jako genetická kuriozita a stal se jedinečným modelem pro studium evoluce genomů a regulace přenosu vlastní dědičné informace. Pro praxi v rostlinné výrobě a šlechtitelství jsou tyto poznatky vysoce relevantní. Schopnost buňky cíleně eliminovat konkrétní chromozom otevírá nové možnosti pro stabilizaci genomů u moderních odrůd kulturních plodin nebo pro řízení přenosu genetické informace u hybridních rostlin. Zároveň tento výzkum slouží jako obecný model pro studium chyb v distribuci chromozomů, což jsou procesy, které mají přesah i do humánní medicíny, neboť hrají roli při vzniku řady onemocnění.

Úvodní obrázek: Distribuce B chromozomu v embryu čiroku: (A) vyvinuté embryo 28 dní po opylení; (B) již na začátku vývoje B chromozom podléhá v určitých částech embrya eliminaci cestou tvorby mikrojádra; (C) ve zralém embryu je B chromozom zachován pouze v omezené skupině buněk (červený signál), ze kterých vznikají pozdější meristémy a reprodukční orgány.*

Foto Miroslava Karafiátová