Mapování a sekvenování složitých genomů obilovin

Většina dědičné informace je u rostlin i živočichů uložena v buněčném jádře ve formě chromozómů. Množství DNA, která nese dědičnou informaci, neodpovídá složitosti organismu a genomy mnoha druhů rostlin, včetně některých obilovin, svou velikostí několikanásobně převyšují velikost genomu člověka. Zatímco ten je představován asi třemi miliardami párů bází DNA, genom ječmene má pět miliard párů bází, genom žita osm a genom pšenice dokonce sedmnáct miliard párů bází DNA. To je příčinou toho, že sekvenování a izolace genů jsou u těchto objektů velmi obtížné. Laboratoř molekulární cytogenetiky a cytometrie ÚEB (LMCC) vyvinula původní strategii, která umožňuje tyto potíže překonat. Unikátní postup je založen na rozdělení genomu na malé a definované časti, které jsou představovány chromozómy, resp. rameny chromozómů (Obr. 1). V případě pšenice obecné představují ramena chromozómů jen několik procent celého genomu a jejich analýza je plně zvládnutelná metodami současné genomiky. Tento postup navíc nabízí možnost rozdělit sekvenování velkého genomu mezi jednotlivé účastníky mezinárodního projektu. Chromozómy jsou tříděny pomocí laserové průtokové cytometrie (Obr. 2) a jejich DNA používaná pro molekulární analýzy a konstrukci subgenomových knihoven DNA klonovaných ve vektoru BAC. Ty představují výchozí materiál pro konstrukci fyzických map, sekvenování a izolaci genů. Nedávné výsledky laboratoře Prof. C. Feuillet (INRA, Clermont-Ferrand, Francie) potvrdily výhodnost této tzv. chromozómové strategie pro sekvenování velkých genomů. Na jejich základě pak byla tato strategie přijata jak Mezinárodním konsorciem pro sekvenování genomu pšenice, tak Evropskou iniciativou pro genomiku obilovin jako hlavní postup sekvenování genomu pšenice. LMCC se jako klíčový partner podílí na řešení projektů mnoha zahraničních laboratoří, zaměřených na izolaci hospodářsky významných genů a analýzu struktury a evoluce genomů obilovin, a na přípravě fyzických map pro sekvenování genomů. Projekty LMCC jsou podporovány Grantovou agenturou AV ČR a Grantovou agenturou České republiky.

Obr. 1. Srovnání velikosti jaderného genomu (1C) modelové rostliny Arabidopsis thaliana, který již byl téměř celý sekvenován, a genomu pšenice obecné, který je tvořen třemi subgenomy (A, B a D) po sedmi chromozómech (A). DNA jednotlivých tříděných chromozómů představuje pouze 3 - 6% celého genomu pšenice (B). Ještě menší části genomu lze získat tříděním ramen chromozómů, jejichž velikost se blíží velikosti genomu A. thaliana

Obr. 2. Princip třídění chromozómů pomocí laserové průtokové cytometrie. Chromozómy barvené fluorescenčním barvivem specifickým pro DNA se pohybují v tenkém proudu unášecí tekutiny. Interakcí se světlem laseru dochází k emisi fluorescence, jejíž množství odpovídá množství DNA chromozómu. Na základě rozdílů v obsahu DNA mezi chromozómy je specifický chromozóm identifikován a od ostatních chromozómů oddělen tak, že je proud unášecí tekutiny rozbit na malé kapky. Kapka nesoucí tříděný chromozóm je nabita elektrickým nábojem a odchýlena v elektrostatickém poli. Takto je možné třídit dva různé typy chromozómů z jednoho vzorku rychlostí 5 - 30 chromozómů / sec.

KONTAKTNÍ OSOBA:

Doc. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc.
e-mail: dolezel@ueb.cas.cz
Ústav experimentální botaniky AV ČR
Laboratoř molekulární cytogenetiky a cytometrie
Sokolovská 6
772 00 Olomouc