Vědci rozluštili genom pšenice, vylepší výnosy i odolnost proti suchu

  12:40
Po více než dekádě bádání se skupině vědců z dvaceti zemí světa podařilo rozluštit celý dědičný kód pšenice seté. Na výzkumu, který může mít celosvětový přínos, neboť má umožnit genetické vylepšení plodiny z hlediska výnosu, odolnosti vůči chorobám nebo suchu, mají velký podíl i experti z Olomouce.

Tým čítající dvě stovky vědců pracoval na rozluštění dědičné informace třináct let, neboť je zhruba ještě pětkrát složitější než u člověka a obsahuje téměř 17 miliard písmen kódu. Dlouho tak bylo jeho rozluštění považováno prakticky za nemožné.

Co je genom

Kompletní sekvence DNA chromozomu jednoho druhu. Obsahuje jeho veškerou genetickou informaci. Každý genom se skládá ze sady molekul DNA, které se skládají z jednotlivých genů.

Genom pšenice se totiž skládá ze tří navzájem podobných subgenomů a většina je navíc tvořena mnohokrát se opakujícími úseky DNA. Práci navíc vědcům ztěžoval fakt, že mohli číst dědičnou informaci jen po malých úsecích.

„Můžeme to přirovnat k tomu, že bychom rozstříhali tři vydání stejné knihy ve velmi podobných jazycích na úseky kratší než jedna věta, tyto kousíčky smíchali a museli knihy sestavit do původní podoby,“ nastínil rostlinný genetik Jaroslav Doležel, vedoucí Centra strukturní a funkční genomiky rostlin olomouckého Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.

„Jsem nesmírně rád, že se to u tak velkého genomu, jaký má pšenice, podařilo. Nebylo by to samozřejmě možné bez rozsáhlé mezinárodní spolupráce, na výzkumu se celkem podílelo 73 vědeckých pracovišť, která využívala různé metody, sdílela výsledky a vyměňovala si zkušenosti,“ dodal.

Vědci z centra Hané hráli ve výzkumu klíčovou roli

Olomoucký ústav, který je partnerem Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a patřil v roce 2003 mezi zakládající členy Mezinárodního konsorcia pro sekvenování genomu pšenice (IWGSC), hrál ve vědeckém týmu klíčovou roli.

Celý výzkum byl totiž postavený na metodě třídění chromozomů pomocí metody průtokové cytometrie, kterou vyvinuli právě olomoučtí vědci a jako jediní na světě jsou schopni ji běžně používat.

Tento postup umožnil rozdělit velkou a složitou dědičnou informaci na menší části - chromozomy, což velmi zjednodušilo čtení DNA a následné uspořádávání přečtených úseků. Laboratoř sídlící v centru Hané tak prakticky dodávala DNA jednotlivých chromozomů ostatním týmům ve zbytku světa.

Fotogalerie

Kromě toho čeští vědci mimo jiné připravovali i takzvané BAC knihovny, díky kterým bylo možné číst delší úseky textu dědičné informace, což velmi usnadnilo sestavování genomu.

V sestavování těchto knihoven z izolovaných chromozomů drží olomoučtí experti světový primát a jsou považováni za nejlepší v jeho využívání. Ve speciálních mrazicích boxech kvůli tomu při teplotě 80 stupňů pod nulou uchovávají 2,5 milionu klonů DNA pšenice.

„Získali jsme celý a velmi přesný text dědičné informace pšenice. Nyní máme k dispozici sekvenci jedné odrůdy, se kterou můžeme snadno porovnávat sekvence jiných odrůd. Nemusíme je tedy znovu pracně sestavovat, rozdíly zjistíme velmi jednoduše,“ doplnil Doležel.

Vědce čeká další výzva, rozluštit interakce mezi částmi genomu

Objev, který mimo jiné publikoval i prestižní vědecký časopis Science, má umožnit vědcům i šlechtitelům rychleji získat odrůdy pšenice s vylepšenými vlastnostmi. Budou totiž schopni snáze identifikovat, které geny rostliny ovlivňují výši výnosu, kvalitu zrn, odolnost vůči chorobám a škůdcům nebo třeba zvládání období sucha.

Přečtěte si také:

To je podle vědců obzvláště důležité vzhledem k rostoucímu počtu obyvatel planety, neboť pšenice je základní potravinou pro více než třetinu populace, jež má podle nynějších propočtů v roce 2050 dosáhnout velikosti 9,6 miliardy lidí. Každoročně je tak třeba zvýšení výnosu pšenice o zhruba 1,6 procenta a to za situace, kdy ubývá úrodné půdy a zvyšuje se negativní vliv změn klimatu.

Práce vědeckého týmu ovšem zdaleka nekončí. Dosud genom zkoumali spíše jako lineárně seřazený sled písmen, ve skutečnosti je ale dědičná informace nesená molekulou uspořádaná v trojrozměrném prostoru buněčného jádra o průměru několika tisícin milimetru a některé její části na sebe vzájemně působí. Vědci chtějí zjistit které, přirovnávají to ovšem ke zjišťování interakcí v klubíčku smotaném ze 42 třiceticentimetrových vláken.

Olomoucké Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin se zaměřuje na studium struktury a funkce dědičné informace rostlin, především pak obilovin, ale také třeba banánovníku a trav. Účastní se řady významných mezinárodních projektů, při nichž využívá nejmodernější metody cytogenetiky, molekulární biologie a genomiky.