DNA chromozomu Y u silenky širolisté, kvetoucí rostliny, která má podobně jako lidé oddělená pohlaví, rozluštil mezinárodní tým s významnou účastí českých vědců. V aktuálním vydání časopisu Science badatelé popsali vznik a další evoluci chromozomu Y, který je u této rostliny nebývale velký. Identifikovali také možné geny zodpovědné za určení pohlaví. Nové poznatky přinášejí bližší pochopení evoluce a genetiky pohlavního rozmnožování u rostlin i u dalších organismů včetně člověka. Na výzkumu se podílely Ústav experimentální botaniky AV ČR a Biofyzikální ústav AV ČR.
Většina kvetoucích rostlin má oboupohlavné květy se samčími i samičími rozmnožovacími orgány. Některé druhy však mají oddělená pohlaví – v jejich populaci se vyskytují jedinci s výhradně samičími, nebo naopak samčími květy. Mezi tyto takzvané dvoudomé rostliny patří cesmína, konopí, většina druhů vrb, kopřiva dvoudomá nebo chmel. Evoluční proměny a genetická podstata pohlavnosti rostlin jsou důležitým tématem pro biologický i zemědělský výzkum.
Mezinárodní tým vědců z osmi evropských zemí, USA a Chile podrobně prozkoumal dědičnou informaci pohlavního chromozomu Y u dvoudomé byliny silenky širolisté. Ta je vybavena obdobným systémem určení pohlaví jako člověk. Samčí jedinci nesou chromozomy X a Y, zatímco samičí rostliny, které vytvářejí v květech jen semeníky, nikoli prašníky a pyl, mají dvojici chromozomů X.
Obří chromozom jako vědecká výzva
Rozluštit DNA chromozomu Y u silenky širolisté byl nesmírně náročný úkol. Tento chromozom totiž obsahuje mnoho opakujících se úseků DNA, což komplikuje jeho analýzu. Navíc je obrovský – má přes 500 milionů »písmen« genetické informace. To je asi čtyřikrát více než kompletní dědičná informace (genom) huseníčku a téměř jedna šestina celého genomu člověka s 23 chromozomy.
Autoři aktuálně publikované studie proto použili kombinaci několika nejmodernějších metod čtení DNA, aby získali detailní sekvenci chromozomu Y – zjednodušeně řečeno pořadí »genetických písmen«, v nichž je zapsána dědičná informace.
Odhalené podrobnosti evoluční historie
Kromě genomu silenky širolisté analyzovali badatelé i genomy dvou příbuzných druhů, které nemají oddělené pohlaví – silenky obecné a silenky kuželovité. Jejich srovnání odhalilo komplikovaný původ silenkových pohlavních chromozomů, jež vznikly z několika kusů jiných chromozomů.
»Chromozom Y se u silenky širolisté začal utvářet asi před 11 miliony lety. Během další evoluce se postupně omezovala jeho rekombinace s X chromozomem, tedy párování a výměna jejich odpovídajících oblastí. Hromadily se v něm také opakující se úseky DNA, což vedlo k jeho extrémnímu zvětšování,« říká Roman Hobza z Biofyzikálního ústavu AV ČR.
»Publikované poznatky se stanou odrazovým můstkem pro další výzkum rozmnožování rostlin, například určením skupin genů, které se pomnožily či naopak ztratily v souvislosti se změnou způsobů reprodukce,« dodává Helena Štorchová z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.
Na chromozomu Y se vědcům také podařilo nalézt geny, které by mohly být zodpovědné za jeho základní funkci, tedy potlačení tvorby semeníku a podporu formování prašníků a produkci pylu v samčích květech.
Významná účast českých vědců
Na projektu se výrazně podíleli autoři z České republiky. Tým Biofyzikálního ústavu AV ČR v čele s Romanem Hobzou přispěl k analýze pohlavních chromozomů silenky širolisté. Dva týmy Ústavu experimentální botaniky AV ČR, vedené Helenou Štorchovou a Hanou Šimkovou, se účastnily sestavení genomu silenky obecné.
»Nová publikace je výsledkem dlouholetého mezinárodního úsilí a ukazuje, že i zdánlivě nenápadné rostliny mohou přinést klíčové poznatky o základních biologických procesech. Silenka širolistá se tak stává jedním z důležitých pokusných druhů pro pochopení evoluce rozmnožování. Poznatky získané u ní mohou být zároveň využity při studiu jiných rostlin včetně plodin, ale také dalších organismů. Výzkum silenek nám tak pomáhá odpovědět i na otázky spojené s osudem našich genomů, a tím s osudem nás samých,« shrnují Štorchová a Hobza.
(mac, AV ČR)
FOTO – Zdeněk Kubát
Diskuze je uzavřena.