Velký úspěch hlásí vědci z našeho Centra strukturní a funkční genomiky rostlin. S americkými a čínskými kolegy přečetli jako první na světě dědičnou informaci neobvyklého tzv. B chromozomu u kukuřice.

B chromozomy zajímají biology proto, že mají mimořádné vlastnosti a vymykají se Mendelovým zákonům dědičnosti. Výsledek bádání, který zveřejnil prestižní časopis Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), by tak mohl pomoci objasnit mechanismy vzniku některých genetických poruch i u lidí.

Průlomový objev si připsali odborníci z genomického centra na olomouckém pracovišti našeho ústavu. Ve spolupráci s americkými kolegy z univerzit v Missouri a Georgii a s Čínskou akademií věd dokončili jako první na světě referenční sekvenci B chromozomu u kukuřice.

B chromozomy se vyskytují u mnoha organismů, rostlin i živočichů. Jejich počet v buňkách není stálý a pro život svého „majitele“ jsou postradatelné. Jde o jakési černé pasažéry v genetické informaci. Vyznačují se tím, že se neřídí Mendelovými zákony dědičnosti, konkrétně, že se nerozdělí rovnoměrně do pohlavních buněk. Spermatické buňky pak obsahují různé počty B chromozomů.

„O B chromozomech dosud nemáme příliš mnoho informací. Jsem nesmírně rád, že se nám jako prvním na světě podařilo přečíst jeho dědičnou informaci u kukuřice. Tento výsledek je o to cennější, že je to vůbec první referenční sekvence B chromozomu v celé rostlinné říši. Vědcům se tak otevírají další možnosti zkoumání těchto zajímavých chromozomů s mimořádnými vlastnostmi,“ řekl Jan Bartoš, vedoucí výzkumné skupiny z olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB).

Příprava na výsev experimentálních rostlin kukuřice. Archiv ÚEB.

Výzkum B chromozomů má svá specifika

Protože se B chromozomy neřídí zákony dědičnosti a nenachází se u všech jedinců daného druhu, museli vědci ke své práci využít speciální linii kukuřice. Také třídění chromozomů, ve kterém patří olomoucká laboratoř ke světové špičce, bylo komplikované, protože je B chromozom poměrně malý.

„Nejprve jsme proto přečetli celý genom kukuřice a až pak jsme z něj vybrali sekvenci B chromozomu. Díky tomu se nám podařilo najít oblasti genů, které mohou ovlivňovat jeho chování,“ popisuje postup práce vědec Nicolas Blavet, který se podílel na výzkumu v ÚEB.

Jak dodává Jan Bartoš, vědci nyní plánují pokračovat v objasňování funkcí těchto genů: „Budeme se snažit přijít na to, co ovlivňuje specifické vlastnosti B chromozomu a které geny s nimi souvisí. Už teď víme, že jeden z nich bude způsobovat právě tzv. nondisjunkci, tedy nerovnoměrné rozdělení B chromozomů do pohlavních buněk.“

Chromozomy kukuřice. Červenou barvou je zvýrazněno devět B chromozomů. Archiv ÚEB.

Objev by mohl pomoci objasnit evoluci dědičné informace u rostlin. U B chromozomů je zajímavé, jak se dokáží udržovat v organismech. K jejich životu totiž nejsou potřebné a tak by, pokud by se řídily zákony dědičnosti, musely postupně vymizet.

B chromozomy si ale našly svou vlastní cestu. Například u kukuřice se B chromozom dostane preferenčně do embrya a ne do zásobních pletiv, čímž si zajistí přenesení do další generace.

Studium B chromozomů může pomoci v medicíně i při šlechtění rostlin

Nondisjunkce je příčinou mnoha genetických poruch i u člověka, například Downova syndromu. Do jisté míry lze předpokládat, že nondisjunkce u rostlin a u člověka je obdobný proces. Objasnění tohoto mechanismu u rostlin by tak mohlo pomoci vysvětlit, proč k těmto poruchám dochází i u lidí.

Specifické vlastnosti B chromozomů by se daly využít také v genovém inženýrství a v blízké budoucnosti by se zjištěné poznatky mohly hodit i šlechtitelům. Již dnes probíhají snahy o úpravu B chromozomů tak, aby se mohly začít používat jako nástroj pro přenos vyššího počtu genů s požadovanými vlastnostmi do rostliny. To by pomohlo při šlechtění odolných a kvalitních zemědělských plodin.

Odběr prašníků kukuřice pro další analýzy. Archiv ÚEB.

* * *

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)