Genom pšenice přečte svět díky vědcům z Olomouce

Vědci z olomouckého Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH) učinili zásadní krok pro poznání dědičné informace pšenice seté. Po desetiletém bádání dokončili knihovny DNA pro všech 21 chromozomů plodiny, za což si vysloužili ocenění od Mezinárodního konsorcia pro sekvenování genomu pšenice. Jejich výzkum má zásadní význam pro šlechtění odolnějších a výnosnějších odrůd obiloviny, jež hraje klíčovou roli ve výživě lidstva.

Do výzkumu složitého genomu pšenice jsou zapojeni vědci po celém světě. Cílem mezinárodního konsorcia je rozluštit dědičnou informaci plodiny nejpozději do roku 2017. Bez metody vyvinuté v Olomouci by to ale nebylo možné. „Dokončení knihoven je prvním obrovským úspěchem a krokem ke konečnému cíli. Dalším krokem je sestavování fyzických map a potom vlastní čtení, tedy sekvenování. Bez naší strategie by to šlo jen velmi obtížně,“ uvedl vědecký ředitel CRH Jaroslav Doležel.

„Rozsekané“ části genomu se ukládají v knihovnách DNA

Genom pšenice je tak obrovský, že ho nelze analyzovat jako celek. Zatímco dědičnou informaci člověka tvoří asi tři miliardy písmen genetického kódu, genom pšenice jich obsahuje asi šestkrát více. Olomoučtí vědci proto její dědičnou informaci dělí na menší části – chromozomy, které analyzují odděleně. Používají k tomu průtokový cytometr, jenž chromozomy třídí, a poté z každého chromozomu izolují DNA (deoxyribonukleovou kyselinu). Tu následně dělí na malé části, jež uchovávají k dalšímu využití v jakémsi archivu, tedy knihovnách DNA. „Vypracovali jsme metodu konstrukce chromozomových knihoven DNA, které čtení dědičné informace značně usnadňují,“ vysvětlil Doležel.

O dokončení sady knihoven DNA se vědecká obec oficiálně dozvěděla v lednu na prestižní konferenci Plant & Animal Genome XXII v San Diegu, odkud si tým profesora Doležela přivezl ocenění za významný příspěvek k přečtení genomu pšenice. Symbolicky se tak stalo takřka přesně deset let poté, co tým téhož vědce výzkum zahájil. „V roce 2004 byla publikována první knihovna tohoto typu. Předtím nám nikdo nevěřil, že je možné něco takového vytvořit,“ pousmál se Doležel.

První chromozom rozluštěn, ostatní jsou přečteny zběžně

Chromozomové knihovny DNA jsou nezbytným předpokladem pro přečtení celého genomu pšenice. Zatím se podařilo úplně přečíst první z 21 chromozomů a spolu s francouzskými kolegy se na tom podíleli i výzkumníci z CRH. „Získali jsme podrobné informace o molekulární struktuře chromozomu 3B. Víme, jaké nese geny a jak jsou uspořádány. Tyto poznatky urychlují izolaci důležitých genů a využití molekulárních metod ve šlechtění. Díky tomuto výzkumu také odhalujeme, jak se dědičná informace v průběhu evoluce vyvíjela. Krásné na této práci je to, že se od základního výzkumu dostáváme až k praktickému využití,“ doplnil Doležel. Článek s výsledky výzkumu již odborníci zaslali do prestižního časopisu Science.

Stejné periodikum by mělo přinést rovněž zprávu o tom, že mezinárodní konsorcium dokázalo orientačně přečíst DNA všech ostatních chromozomů. I na tomto úspěchu má klíčový podíl Doleželův tým. „Luštíme nejsložitější genom rostliny, jaký byl dosud čtený. Navíc ve vysoké kvalitě. Jsme jediní, kdo umí genom pšenice rozdělit na malé části a předáváme je ostatním pracovištím sdruženým v konsorciu od USA po Japonsko,“ uvedl Doležel.

Další zelená revoluce?

Oba články by mohly vyjít na jaře, kdy si svět připomene sté výročí narození amerického agronoma Normana Ernesta Borlauga, který je znám jako „otec zelené revoluce“. V roce 1970 se stal nositelem Nobelovy ceny míru za inovace v oblasti pěstování nových, vůči nemocem rezistentních a vysoce výnosných odrůd plodin, zejména pšenice. Konference uspořádaná k tomuto jubileu má upozornit na riziko potravinové krize. Tu lze dle některých vědců očekávat za zhruba dvacet až třicet let, neboť zemědělská produkce nestačí pokrývat potřeby stále se zvyšujícího počtu obyvatel.

Již nyní proto olomoučtí vědci analyzují dědičnou informaci u příbuzných planých druhů pšenice, aby našli geny pro důležité vlastnosti, které se již z plodiny v průběhu šlechtění vytratily. Ty pak bude možné do pšenice vnášet buď pomocí klasických metod křížení, nebo pomocí genetické transformace.

Centrum regionu Haná je společným pracovištěm Univerzity Palackého, Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Výzkumného ústavu rostlinné výroby.