Vědcům se po čtyřech letech bádání podařilo rozluštit genetickou informaci třetí nejdůležitější evropské obiloviny – žita. Mezinárodní výzkumný tým pod vedením německého Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research získal přesnou referenční sekvenci jeho genomu.

Na výzkumu se podíleli také odborníci z našeho olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin, které je partnerem Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Objev, o němž informuje prestižní vědecký časopis Nature Genetics, poslouží vědcům i šlechtitelům. Ti budou moci díky němu rychleji šlechtit odrůdy žita s lepšími vlastnostmi.

Žito je po pšenici a ječmeni poslední z trojice nejdůležitějších evropských obilovin, jejichž kompletní genetickou informaci (genom) se podařilo přečíst. Úkol, který si mezinárodní tým vědců ze třinácti zemí vytyčil, byl velmi náročný. Dědičná informace žita se totiž skládá z osmi miliard písmen, což je téměř třikrát více než u člověka. Její větší část přitom tvoří takzvané repetitivní sekvence, které se vyskytují v mnoha kopiích na různých místech genomu. Je proto obtížné určit jejich polohu a sestavit je do větších celků.

Tento problém pomohli olomoučtí vědci překonat konstrukcí takzvané optické mapy: „Díky optickému mapování jsme mohli sestavit obtížné úseky, ověřit správnost vytvořené sekvence a opravit případné chyby. Ve vývoji a využití této metody u rostlin patříme ke světové špičce,“ upřesňuje Hana Šimková, vedoucí výzkumné skupiny v olomoucké laboratoři Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB).

Výzkumná pracovnice ÚEB Helena Toegelová s čipem pro optické mapování DNA.

K dosažení cílů projektu přispěli olomoučtí výzkumníci také získáním sekvencí izolovaných chromozomů žita a úplnost sestavené sekvence potvrdili nezávislým stanovením velikosti genomu zkoumané linie. Tímto úspěchem navázali na svou práci z roku 2013, kdy se zásadním způsobem podíleli na získání první verze dědičné informace žita, čímž napomohli k rozluštění DNA triumvirátu nejvýznamnějších evropských obilovin – pšenice, ječmene a žita.

Přečtení genomu žita umožní objasnit funkci jednotlivých částí jeho dědičné informace a jejich vliv na růst a vývoj této plodiny. Nový vědecký objev také najde uplatnění v praxi, protože umožní šlechtitelům rychleji identifikovat geny odpovídající za výnos, kvalitu zrna, odolnost vůči chorobám a škůdcům i geny umožňující lépe překonávat období sucha.

Výsledek výzkumu jedné plodiny, v tomto případě žita, je přitom využitelný i u plodiny jiné, totiž pšenice. Důležité geny rezistence žita lze totiž přenést do pšenice, a zvýšit tak její odolnost. Získané poznatky také pomohou urychlit šlechtění člověkem vytvořené plodiny tritikale, která je křížencem obou těchto obilovin.

Žito

Žito bývalo v minulosti na našem území vyhledávanou obilovinou. Změnou stravovacích návyků, kdy lidé více konzumují bílé pečivo z pšeničné mouky, došlo k omezení jeho pěstební plochy. V současnosti se v České republice pěstuje jen asi na třiceti tisících hektarech, což jsou pouhá dvě procenta z plochy, na níž se pěstovalo za první republiky.

Přesto se žitu dostává v posledních letech opět větší pozornosti: „Je neoddiskutovatelné, že má velký význam a nezastupitelnou roli v pekárenství, zvlášť při pečení chleba. Navíc má skvělé výživové vlastnosti, obsahuje hodně rozpustné vlákniny, takže dokáže zasytit na delší dobu.“

„Žito se ale pěstuje také pro farmaceutické účely. Na poli se uměle infikuje houbou paličkovicí nachovou, která tvoří podhoubí v obilkách žita a mění je v tmavý tvrdý útvar, takzvaný námel. Ten obsahuje látky pro výrobu důležitých léčiv,“ vysvětluje Jaroslav Doležel, vedoucí olomouckého pracoviště ÚEB a současně koordinátor výzkumného programu Akademie věd ČR Potraviny pro budoucnost Strategie AV21.

Výstupem optického mapování jsou „korálky na niti“ – zobrazení vybraných úseků dědičné informace na natažených vláknech DNA.

* * *

Odkazy na články:

Rabanus-Wallace, M.T., Hackauf, B., Mascher, M. et al. Chromosome-scale genome assembly provides insights into rye biology, evolution and agronomic potential. Nat Genet (2021).
https://doi.org/10.1038/s41588-021-00807-0

Li, G., Wang, L., Yang, J. et al. A high-quality genome assembly highlights rye genomic characteristics and agronomically important genes. Nat Genet (2021).
https://doi.org/10.1038/s41588-021-00808-z

(obě publikace jsou open access – plný text přístupný zdarma)

* * *

Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.

Centrum sídlí v Olomouci a je partnerem Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Zaměřuje se na studium struktury a funkce dědičné informace rostlin, především obilovin, banánovníku a trav.

Využívá nejmodernější metody cytogenetiky, molekulární biologie a genomiky a účastní se mezinárodních projektů cílených na čtení dědičné informace významných plodin a na izolaci důležitých genů.

Jde o celosvětově uznávané pracoviště, které pod vedením rostlinného genetika prof. Jaroslava Doležela, držitele nejvyššího českého vědeckého ocenění Česká hlava, vyvinulo unikátní metody a postupy a které svými výsledky přispívá ke šlechtění nových odrůd zemědělských plodin s požadovanými vlastnostmi.

Text: Radoslava Kvasničková, úprava pro web Jan Kolář (Ústav experimentální botaniky AV ČR)