Nadbytečné chromozomy si řídí vlastní eliminaci

Studie vznikla ve spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci a německým Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research a vyšla v prestižním časopise Genome Biology. Výsledky přinášejí nový pohled na stabilitu genomu i na to, jak mohou chromozomy aktivně ovlivňovat procesy, které rozhodují
o jejich zachování či odstranění.

Genetická informace organismů bývá obvykle považována za pevně danou a stabilní. Výzkum mezinárodního týmu vedeného českými vědci ale naznačuje, že genom je mnohem dynamičtější. U některých druhů se totiž vedle běžné sady chromozomů vyskytují i takzvané B chromozomy,nadbytečné úseky DNA, jejichž význam není dosud jasný.

Právě jejich chování zkoumali vědci z olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB AV ČR) u divokého čiroku. Pomocí fluorescenční mikroskopie sledovali, jak se výskyt B chromozomů během vývoje embrya mění. Zjistili, že v raných stadiích jsou přítomny téměř ve všech buňkách, ale postupně se začínají systematicky vytrácet. Ve střední fázi vývoje embrya dochází k jejich masivní eliminaci a v pozdějších stadiích přetrvávají už jen v meristematických (růstových) pletivech. Odstranění tedy není náhodné, ale přesně načasované a vývojově řízené.

Obr. Miroslava Karafiátová a Jan Bartoš se výzkumu B chromozomů věnují už několik let 

Klíčové geny jsou neseny samotným B chromozomem

Aby vědci lépe porozuměli podstatě tohoto jevu, sestavili vůbec první genomovou sekvenci planého čiroku s B chromozomy. Ukázalo se, že jde o plnohodnotný chromozom vzniklý kombinací úseků běžných chromozomů. Obsahuje sice méně genů než standardní chromozomy a velkou část jeho DNA
tvoří opakující se sekvence, přesto má jasně rozpoznatelnou stavbu a vlastní evoluční historii.

Klíčové výsledky přinesla analýza aktivity genů. Vědci porovnali embrya s B chromozomy a bez nich a díky tomu objevili geny přímo na B chromozomu, které jsou aktivní právě v době jeho eliminace. Tyto geny řídí procesy buněčného dělení a ovlivňují, zda se chromozomy správně rozdělí do dceřiných buněk, nebo se naopak z buňky ztratí. Pokud se při dělení B chromozom opozdí, může vytvořit takzvané mikrojádro a být následně odbourán.

Obr. Distribuce B chromozomu v embryu čiroku. (A) Vyvinuté embryo 28 dni po opylení; (B) Již na začátku vývoje B chromozom podléhá v určitých částech embrya eliminaci cestou tvorby mikrojádra; (C) Ve zralém embryu je B chromozom zachován pouze v omezené skupinu buněk (červený signál), ze kterých vznikají pozdější meristémy a reprodukční orgány

„Naše výsledky naznačují, že B chromozomy mohou aktivně přispívat ke své vlastní eliminaci. Ukázali jsme, že jde o vývojově naprogramovaný proces a že samotný chromozom pravděpodobně nese geny, které jeho osud aktivně ovlivňují,“ vysvětluje Miroslava Karafiátová z ÚEB AV ČR. Podle ní objev přináší důležité poznatky pro základní výzkum stability genomu i pro budoucí aplikace. 

Obr. Klas planého čiroku pěstovaného v růstové komoře za kontrolovaných podmínek

Vedoucí olomouckého pracoviště Jan Bartoš dodává: „B chromozomy byly dlouho považovány spíše za genetickou kuriozitu. Ukazuje se ale, že představují jedinečný model pro pochopení toho, jak se genomy vyvíjejí a jak dokážou samy regulovat přenos vlastní dědičné informace.“

Co to znamená pro výzkum a praxi

Lepší pochopení mechanismů, které umožňují buňce cíleně odstranit konkrétní chromozom, může do budoucna přispět ke stabilizaci genomů šlechtěných plodin nebo k řízení přenosu genetické informace u hybridních rostlin. Zároveň jde o obecný model pro studium chyb při rozdělování chromozomů během buněčného dělení, které hrají roli také u řady lidských onemocnění.

Odkaz na článek: https://doi.org/10.1186/s13059-025-03915-w