Vědci z našeho Centra strukturní a funkční genomiky rostlin v Olomouci se spojili s německými kolegy, aby zaplnili bílé místo ve znalosti rostlinné DNA. Zjistili, jak je uspořádána dědičná informace v chromozomech ječmene během buněčného dělení.

O novém objevu, který je zásadní pro další výzkum genetické informace rostlin, informoval prestižní časopis Nucleic Acids Research.

Chromozomy si můžeme představit jako nákladní auta, na nichž je naložena dědičná informace, kterou společně převážejí z buňky do buňky. Jejich úloha v buněčném dělení je proto velmi důležitá. Jak jsou v nich molekuly DNA uspořádané, však zůstávalo dlouho tajemstvím.

„Dosud jsme netušili, jak je tento ‚náklad‘ organizovaný,“ potvrzuje Jaroslav Doležel z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, který se na výzkumu podílel.

„Nyní už víme, že se chromozomy skládají ze spirálovitě stočeného vlákna chromatinu o tloušťce 400 nanometrů, které je tvořeno složitě uspořádanými smyčkami molekuly DNA. To umožňuje sbalit vlákna o délce kolem 20 cm, která nesou dědičnou informaci ječmene, do útvarů přibližně 25 000× kratších,“ dodává Jaroslav Doležel. Jde o důležité zjištění, jež podstatně doplní učebnice genetiky.

Klíčící obilky pokusných rostlin

Unikátní technologie pomohly k přečtení a analyzování milionů chromozomů

Tento významný úspěch si připsali vědci z olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB) společně s německými kolegy z Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.

Olomoučtí vědci disponují nejmodernějšími přístroji a technologiemi a jako jediní na světě dokážou izolovat obrovské, několikamilionové počty rostlinných chromozomů, což bylo pro tento výzkum nezbytným předpokladem. Němečtí kolegové přispěli metodami molekulární cytogenetiky a počítačovým modelováním.

Práce obou týmů trvala více než pět let. K pokusům využili ječmen. Jeho kompletní dědičná informace (genom) je rozdělená do pouhých sedmi velkých chromozomů, které rostlinní genetici z Olomouce izolovali pomocí laserové průtokové cytometrie.

Výsledky výzkumu jsou nicméně obecně platné pro celou rostlinnou říši.

Jaroslav Doležel u průtokového cytometru. Bez tohoto speciálního přístroje by nebylo možné třídit chromozomy.

Odborníkům z ÚEB podle Hany Šimkové, která vědeckou skupinu vedla, nejprve pomohla náročná počítačová simulace uspořádání DNA v chromozomech, která vycházela z dat získaných metodou Hi-C.

„Tato technika využívá sekvenační technologii nové generace k zachycení vzájemné interakce různých oblastí genomu. Námi navržený teoretický model jsme potvrdili na nejmodernějším vysoce rozlišovacím mikroskopu, který dokáže vymodelovat trojrozměrnou strukturu zkoumaného vzorku,“ dodává Hana Šimková.

„Jsem rád, že se kolegům podařilo zaplnit významnou mezeru v popisu struktury dědičné informace v průběhu buněčného dělení a přenosu do potomstev,“ shrnuje vedoucí Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB Jan Bartoš. „Jde o důležitý objev základního výzkumu, který nám pomůže lépe chápat fungování DNA a který využijí další vědci při své práci,“ říká.

Model chromozomu během buněčného dělení (mitózy). Je vidět spirálovitě stočené vlákno chromatinu, tvořené složitě uspořádanými smyčkami řetězce DNA.

* * *

Odkaz na článek:

Kubalová I, Souza Câmara A, Cápal P, et al. (2023): Helical coiling of metaphase chromatids. Nucleic Acids Research 51: 2641–2654. https://doi.org/10.1093/nar/gkad028

* * *

Text: Radoslava Kvasničková, editace pro web Jan Kolář

Foto: ÚEB