Human-like telomeres in Zostera marina reveal a mode of transition from the plant to the human telomeric sequences
17. 8. 2020
Náš současný výzkum v projektu SYMBIT ve spolupráci s Botanickým ústavem v Barceloně dospěl k výsledkům potvrzujícím, že i mořské rostliny mohou mít stejnou telomerovou DNA jako obratlovci včetně člověka. Proč se rostliny čas od času v evoluci vrátí k původní sekvenci lidského typu není jasné, ale z porovnání genů pro telomerázovou RNA začínáme mít poprvé jasno, jak k takovým přechodům dochází. Výsledky byly publikovány v časopise Journal of Experimental Botany (https://doi.org/10.1093/jxb/eraa293).
Předchozí studie popisovaly genom nejrozšířenější „mořské trávy“, Zostera marina, z pohledu adaptace při přechodu ze souše zpět do prostředí mořské vody. Až na změny v genech pro průduchy a stavbu buněčné stěny, nebyly v těchto celogenomových studiích nalezeny žádné další zvláštnosti. Jedna zásadní změna v genomu Z. marina byla však přece jenom přehlížena. Vocha mořská, jak se totiž Z. marina česky jmenuje, má na koncích svých chromozomů lidskou telomerovou sekvenci, což naší pozornosti naštěstí neuniklo. Po té, co jsme pomocí sekvenace nové generace a cytogenetickými metodami potvrdili, že se nejedná o omyl, například kvůli kontaminaci vzorků symbiotickými organizmy, vyvstala otázka, proč a jak se Z. marina k lidské sekvenci vrátila. Zatímco na první otázku odpověď neznáme, způsob, „jak“ k takovému přechodu z rostlinné na lidskou sekvenci pravděpodobně došlo a dochází, jsme popsali v modelu pro interakci telomerázové RNA a nově vznikající telomerové DNA. Z našich dat vyplývá, že i v případě telomerázové RNA rostliny využívají vzniku kopií svých genů, které se časem pozměňují a někdy přebírají funkci, i když výsledek se nakonec oproti původnímu stavu částečně liší. Evoluce telomerové sekvence u rostlin tak dostává jasnější a pevnější podobu a zbavuje se mýtů. Ještě vloni, v první půlce roku, se bez hlubšího ověřování všeobecně přijímala hypotéza, že rostlinná telomerázová RNA je extrémně variabilní, a že její funkci v rámci všech druhů rostlin zastávají nejspíš i nepříbuzné geny. Teď sice nemůžeme vyloučit, že takový rostlinný druh s nepříbuzným telomerázovým genem existuje, ale i nové výsledky jasně potvrzují naše objevy z loňského léta a posouvají je zase o krůček dál, jinými slovy, telomerázová RNA u rostlin je monofyletického původu a její námi identifikovaný gen je zodpovědný za evoluci rostlinné telomerové DNA jako takové. Zjednodušeně řečeno, lidskou i rostlinnou telomerovou sekvenci v rodu Zostera dokážou vytvářet dva velmi blízce příbuzné geny, rostlinná sekvence byla detekována například u Z. noltii a lidská u Z. marina (viz obr. 1). Je zajímavé, že oba geny si ponechávají potenciál pro syntézu obou motivů, ale v důsledku drobných změn, kterými se tyto geny mezi sebou liší, nakonec preferují pouze jeden nebo druhý typ sekvence, kterou produkují (viz obr. 2). Článek byl publikován v Journal of Experimental Botany (https://doi.org/10.1093/jxb/eraa293).
Obr. 1 Detekce telomerových sekvencí u rostlin rodu Zostera. Z. noltii má jako většina rostlin na konci svých chromozomů repetici (TTTAGGG)n, zatímco Z. marina používá pro ochranu svých chromozomů sekvenci lidského typu, (TTAGGG)n.
Obr. 2. Model přechodu od rostlinné k lidské telomerové sekvenci u rostlin rodu Zostera. Ve schématu jsou templátová místa telomerázové RNA (obsahují uracil, U). Obě varianty si ponechávají možnost syntetizovat rostlinnou (levá část) i lidskou sekvenci (pravá část) telomerové DNA (nová DNA naznačena červeně), ale vzhledem k délce možného rozpoznání a nasedání (označeno tučným písmem) je u Z. noltii (horní část) preferována rostlinná a u Z. marina (dolní část) lidská varianta.