online.muni.cz Přejít na hlavní obsah

Studují evoluci rostlin. Pomocí barev

Jedna z rostlin patřících mezi příbuzné pěstovaných brukví - Rytidocarpus moricandioides.

Ke studiu genomu rostlin využívá laboratoř metodu malování chromozomů.  Pod mikroskopem studuje současnou a rekonstruuje historickou strukturu chromozomů některých rostlin. Martin A. Lysák z Ceitecu Masarykovy univerzity se totiž ve své laboratoři zabývá cytogenomikou. Jeho tým nahlíží do evoluce genomu rostlin na úrovni chromozomů, a popisuje tak jejich současný stav i vývoj během předcházejících milionů let. Snaží se také předvídat, co se s nimi bude dít v budoucnosti.

Ve svém výzkumu využívá laboratoř metodu zvanou malování chromozomů (chromosome painting). Ke studiu genomu rostlin ji v takovém rozsahu brněnští vědci používají jako jediní na světě. „Malování chromozomů se běžně využívá v medicíně, ale rozdílná stavba genomu živočichů a rostlin zatím neumožnila širší zavedení této techniky v rostlinné biologii,“ uvedl Lysák.

Jak takové malování vypadá? Vědci označí části nebo celé chromozomy sondami nabarvenými rozdílnými fluorescenčními barvami. Díky nim pak mohou rozpoznat a porovnat strukturu genomu různých druhů rostlin. „V našem případě se tedy jedná o srovnávací malování. Z fluorescenčně obarvených úseků DNA vytvoříme sondu, kterou takzvaně hybridizujeme, tedy navážeme na chromozomy rozdílných druhů rostlin. Z analýzy takto namalovaných chromozomů pak usuzujeme, které úseky byly dříve sdílené různými druhy, jak jsou přestavěné a jaké jsou mechanismy těchto přestaveb,“ popsala metodu Terezie Mandáková, která se na výzkumu také podílí.

Příklad srovnávacího malování chromozomů u novozélandského druhu Pachycladon enysii. Malování chromozomů odhalilo duplikovanou strukturu genomu tohoto druhu.

U australských druhů v jejich minulosti došlo k duplikaci genomu, znásobila se tedy jejich původní genetická informace.Lysákova skupina sleduje přestavby chromozomů u čeledi brukvovitých. „Jednotlivé druhy se liší velikostí genomu, počtem chromozomů, výskytem na různých kontinentech a jsou také v různé fázi jejich evolučního vývoje,“ doplnil biolog.

Studují různé druhy brukvovitých, které jako endemické (tedy že se vyskytují pouze tam a nikde jinde na světě) najdeme například v Austrálii či v Jihoafrické republice. „U australských druhů jsme zjistili, že v jejich minulosti došlo k duplikaci genomu, znásobila se tedy jejich původní genetická informace. Později se začaly duplikované chromozomy těchto rostlin dramaticky přestavovat a vznikaly nové druhy. Obdobný vývoj jsme objevili u endemické skupiny jihoafrických brukvovitých, jejichž vzorky budeme letos sbírat v rámci grantu National Geographic Society,“ popsala jeden ze směrů výzkumu Mandáková.

Metoda malování chromozomů má však svá omezení. „Dává nám informaci jen o struktuře chromozomů. Pro podrobnější informace o rozdílech na úrovni DNA už musíme sekvenovat, tedy takzvaně přečíst DNA,“ podotkl Lysák. Malování chromozomů se však dá velmi dobře využít pro mapování genomu, které může výrazně usnadnit přečtení genetické informace právě při sekvenování. Brněnští vědci proto spolupracují na několika mezinárodních sekvenačních projektech. Jejich první výsledky zveřejnil v červnu ve třech článcích renomovaný časopis Nature Genetics (odkazy níže).

Výzkumná skupina Cytogenomika rostlin z Ceitecu MU, červenec 2013.

Dalším letošním úspěchem laboratoře je rekonstrukce struktury genomu předka dnešních brukví - tento rod zahrnuje řadu významných plodin jako je řepka olejka, zelí či brokolice. „Zjistili jsme, že prapředek brukví měl sedm chromozomů o určité struktuře. Naše závěry zjednoduší práci jiným vědcům, kteří například mapují genom řepky olejky s cílem vylepšit její vlastnosti,“ vysvětlil Lysák. Výsledky studie brněnských vědců o struktuře genomu prapředka brukví zveřejnil v květnu časopis The Plant Cell.

I přesto mají výzkumníci stále co studovat. „Máme informace zhruba o 20 druzích brukvovitých, známe jich ale asi 3500,“ poznamenal Lysák. 

Články v časopisu Nature Genetics:

Slotte et al. The Capsella rubella genome and the genomic consequences of rapid mating system evolution. Nature Genetics 45: 831–835

Haudry et al.An atlas of over 90,000 conserved noncoding sequences provides insight into crucifer regulatory regions.Nature Genetics 45: 891–898

Long et al.Massive genomic variation and strong selection in Arabidopsis thaliana lines from Sweden. Nature Genetics 45: 884–890

Masarykova univerzita | Masaryk university