Na olomouckém pracovišti Ústavu experimentální botaniky AV ČR byla 23. dubna 2007 otevřena nová Laboratoř pro genomiku rostlin. Nejde o běžné pracoviště, jakých jsou v naší zemi stovky, ale o ojedinělou laboratoř, díky níž začíná česká rostlinná biologie psát novou kapitolu. Za hlavní úkol si nové pracoviště klade spoluúčast na velkých mezinárodních projektech čtení genetické informace rostlin, především důležitých plodin.
Laboratoř o celkové ploše 300 m2 vznikla rekonstrukcí a rozšířením stávajících prostor. Náklady na stavební část přesáhly 12 milionů korun a byly částečně hrazeny z dotace Akademie věd ČR (2 miliony korun) a z větší části z prostředků Ústavu experimentální botaniky. Akademie věd ČR dále poskytla dotaci přes 20 milionů korun na nákup unikátních přístrojů – průtokového cytometru FACSVantage SE od firmy Becton Dickinson a dvou robotů, Q-Bot od firmy Genetix a BioRobot 3000 od firmy Qiagen.Pro velký den připravili organizátoři bohatý program, a to nejen společenský. Za velké pozornosti médií se otevření laboratoře zúčastnil místopředseda Akademie věd ČR prof. Jiří Drahoš, ředitelka Ústavu experimentální botaniky AV ČR dr. Ivana Macháčková, Annette Schneegans z Evropské komise, významní představitelé vědeckého a politického života a rovněž špičkoví odborníci na genomiku rostlin z USA, Velké Británie, Japonska a dalších států. Byly mezi nimi Kellye Eversole z USA, výkonná ředitelka Mezinárodního konsorcia pro sekvenování genomu pšenice, i Catherine Feuillet z Francie, která koordinuje Evropskou iniciativu pro genomiku Triticeae (ječmene, pšenice a žita). Po krátkých projevech a přestřižení pásky se hosté seznámili s novou laboratoří a jejím vybavením, které bylo předvedeno v chodu.
Odpoledne vyplnil odborný seminář Triticeae Genomics – Current Status and Utility of the Chromosome Based Strategies. Zájem o atraktivní přednášky překonal všechna očekávání, seminář přilákal přes 100 účastníků. Potěšitelné bylo, že většinu publika tvořili mladí vědci a postgraduální studenti. Po úvodních proslovech prof. Drahoše, dr. Macháčkové a Annette Schneegans následovalo deset přednášek. V první vysvětlil doc. Doležel principy třídění chromozómů obilovin a představil různé způsoby využití této metody při analýze rostlinných genomů. Další přednášející (např. dr. Catherine Feuillet z INRA ve Francii, dr. Wolfgang Spielmeyer z CSIRO v Austrálii, prof. Yasunari Ogihara z Kihara Institute for Biological Research v Japonsku, prof. Jan Dvořák z University of California, Davis v USA, prof. Michael Bevan z John Innes Centre ve Velké Británii) referovali o současných trendech ve výzkumu genomů obilovin, především s důrazem na strategii třídění chromozómů. Seminář uzavřela Kellye Eversole, představitelka mezinárodního konsorcia pro studium genomu pšenice, která shrnula aktuální stav a další postup sekvenování genomu této zásadní hospodářské plodiny.
I když byl seminář časově nabitý, po každé přednášce byl čas na několik otázek. K diskusím s přednášejícími využili účastníci i přestávku. Seminář měl tři cíle: seznámit s nejnovějšími poznatky, umožnit našim biologům osobně se setkat s významnými představiteli současné genomiky rostlin, a také se podělit o radost z otevření nové laboratoře s kolegy a studenty z jiných institucí. Podle reakcí účastníků byl úspěšný ve všech bodech.
Pokud jde o budoucí úkoly pro novou laboratoř, jsou v tuto chvíli již známé. V České republice dosud chyběly vhodné prostory a přístrojové vybavení pro sekvenování ("čtení") genetické informace obilovin. V současnosti hlasy volající po přečtení genomu pšenice stále sílí, detailní znalost její genetické informace by byla neocenitelným pomocníkem šlechtitelů při zvyšování výnosů i odolnosti vůči chorobám a negativním faktorům prostředí, jako jsou zasolení půdy či sucho. Protože pšenice vznikla křížením planých trav před pouhými deseti tisíci lety, může být modelovou rostlinou pro výzkum mechanismů vzniku nových druhů křížením i pro studium změn rodičovských genomů, které tento proces doprovázejí.
Problémem je, že genetická informace obilovin je složitě uspořádána a že je velmi rozsáhlá – genom pšenice je téměř šestkrát větší než genom člověka! Sekvenování celého genomu pomocí dnešních metod by tudíž bylo nesmírně nákladné. Existovaly i obavy, že obrovské množství získaných údajů by nebylo možné efektivně zpracovat. Tým doc. Jaroslava Doležela, jenž novou laboratoř povede, však řešení této komplikované situace nalezl: vypracoval unikátní postup, který analýzu složitých genomů rostlin výrazně zjednodušuje. Využívá skutečnosti, že genetická informace je v jádrech buněk uložena nikoliv v celku, ale v menších porcích – útvarech zvaných chromozómy. Pomocí laserové průtokové cytometrie dokáží jednotlivé chromozómy vytřídit pro další analýzu. Genom je tak rozdělen na části, jejichž čtení již současné technologie zvládnou.
Vyvinutí metody nebylo dílem náhody či momentální inspirace. Za úspěchem stojí dlouholetá práce celé laboratoře doc. Doležela, který je předním světovým odborníkem na využití průtokové cytometrie v rostlinné biologii a spoluautorem první monografie na toto téma (viz str. 30). Olomouckým vědcům se podařilo přesvědčit světové experty, že metoda třídění chromozómů výrazně zefektivní analýzu složitých genomů obilovin. Díky tomu se jim otevřela cesta k účasti na mezinárodních projektech. Taková spolupráce však není myslitelná bez odpovídajícího vybavení. A nové pracoviště na světové úrovni, které je schopno podílet se na klíčových programech 21. století, je přínosem nejen pro českou a světovou biologii. Posílí i reputaci Olomouce jako univerzitního města, nové prostory a vybavení budou využívat i studenti Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.
Prvním velkým úkolem pro novou laboratoř bude účast v Mezinárodním konsorciu pro sekvenování genomu pšenice. Cílem konsorcia není nic menšího než rozluštění genetické informace nejdůležitější plodiny světa a olomoucké pracoviště je jedním z jeho klíčových členů. Vědci zde nebudou jen třídit chromozómy, ale budou se podílet i na jejich sekvenování. V současnosti se z tříděných chromozómů připravují knihovny DNA, které budou pro toto sekvenování výchozím materiálem. Knihovny DNA se nyní jak v Olomouci, tak ve spolupracujících laboratořích používají k hledání genů pro odolnost vůči chorobám a škůdcům. V rámci světového konsorcia laboratoř ÚEB plně zodpovídá za přečtení krátkého ramene jednoho z 21 chromozómů pšenice.
Jaroslav Doležel a Jan Kolář,
Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.
English
