Biologové objevili skrytá tajemství rostlinných genomů

Důležitý příspěvek k pochopení toho, jak se vyvíjely genomy mnoha druhů rostlin, přinesl tým Martina A. LysákaCeitecu Masarykovy univerzity.

Vědecký tým soustředí svou pozornost na čeleď brukvovitých, kam patří řada významných plodin jako například brokolice, řepka nebo wasabi, ale také modelový druh huseníček rolní. Znalost detailů z historie vývoje genomu rostlin je podle Lysáka důležitá pro pochopení vzniku současné biodiverzity, stejně jako pro budoucí cílené zlepšování vlastností hospodářských plodin.

Tým u téměř dvacítky druhů brukvovitých prokázal, že jejich předci prošli takzvanou polyploidizací, tedy znásobením genetické výbavy a počtu chromozomů, která byla ale následně zamaskovaná postupnou „erozí“ těchto polyploidních genomů. Výsledky tohoto výzkumu zveřejnil časopis Plant Journal.

Každý rostlinný nebo živočišný druh je charakterizován určitým počtem chromozomů. Počet chromozomových párů se může během evoluce měnit a i blízce příbuzné druhy se mohou počtem chromozomů lišit. Změny v počtu chromozomů by mnohdy nebyly možné bez předchozího znásobení původní genetické informace (polyploidizace). K němu může dojít například křížením dvou různých druhů. Takto vznikají takzvané allopolyploidní druhy, které spojují v buněčném jádře více odlišných sad chromozomů a jejichž výskyt v rámci krytosemenných (kvetoucích) rostlin je velmi běžný.

„Znásobené sady chromozomů polyploidních rostlin zvyšují pravděpodobnost jejich vzájemné interakce a přestaveb, včetně těch, jejichž výsledkem jsou změny ve struktuře genomu a počtu chromozomů. Tyto takzvané diploidizace probíhají s rozdílnou rychlostí nezávisle v různých populacích a mohou vést ke speciaci, tedy vzniku nových druhů,“ uvedl Lysák.

S kolegyní Terezií Mandákovou prozkoumali genom bezmála dvaceti druhů brukvovitých s využitím metody srovnávacího malování chromozomů a sekvenace transkriptomů ve spolupráci s kolegy z University of Arizona. Našli důkazy pro minimálně 13 nezávislých polyploidizací v čeledi brukvovitých, následovaných diploidizacemi, tedy rozsáhlou reorganizací genomu a redukcí počtu chromozomů.

Jejich studie demonstrovala, že současný počet chromozomů může klamat a nemusí nutně vypovídat o dramatické, avšak skryté polyploidní minulosti rostlin a že tento fenomén je pravděpodobně v rostlinné říši rozšířený více než se předpokládalo v minulosti.

Evolucí chromozomů rostlin se zabývají i v dalších studiích. Významně se podílejí například na výzkumu úlohy takzvaných chromozomových inverzí. Jde o událost, kdy se určitý úsek DNA vyštěpí, otočí se o 180 stupňů a začlení se na své původní místo na chromozomu.

„Jde o náhodnou změnu genomu, která může mít neutrální, negativní nebo pozitivní účinek. Může například vést k nashromáždění genových mutací ovlivňujících dobu kvetení, a tím k reprodukční izolaci dané populace. Taková izolace pak může vyústit až ve vznik nového druhu,“ přiblížila Mandáková projekt, který koordinovali odborníci z americké Duke University a jehož výsledky zveřejnil časopis Nature Ecology & Evolution.

Masarykova univerzita | Masaryk university