Odkaz G. Mendela žije: vědci poodhalili tajemství genů určujících pohlaví rostlin

Brněnští vědci zkoumali geny regulující pohlaví rostlin použitím kombinace pokročilých metod sekvenování a bioinformatických analýz s využitím pokročilé environmentální elektronové mikroskopie. Popsali tak dosud neznámé geny, které ovlivňují tvorbu květů a pohlavních orgánů u druhu silenky širolisté.

Brno je tradičně známo jako centrum vědy a to nejen díky odkazu Gregora Johanna Mendela. Svým geniem loci přitahuje stále více odborníky z celého světa. Největší výhodou je však to, že se zde mohou potkávat vědci z různých oborů a realizovat projekty, které vyžadují multidisciplinární přístup. A možná tak to vše začalo, když se vědci z oddělení Vývojové genetiky rostlin Biofyzikálního ústavu AV ČR,  pod vedením Romana Hobzy začali detailně zabývat výzkumem genů ovlivňujících vývoj květu Silenky širolisté, kterou ve své době zkoumal také Mendel. Tato rostlina má oddělená pohlaví, což u rostlin není zcela běžné.

„Silenka širolistá je velmi unikátním modelem pro zkoumání základních principů vzniku pohlavních chromozomů a determinace pohlaví již od doby vědeckého bádání J. G. Mendela“ vysvětluje Roman Hobza z BFÚ, proč právě tuto rostlinu zvolili k pozorování v rámci svého výzkumu.

Pod unikátním mikroskopem

V probíhajícím výzkumu se ukázalo, že vedle použití mnoha dalších vědeckých metod by bylo velmi přínosné zkoumat květní orgány silenky pomocí pokročilých mikroskopických metod, v přirozeně vlhkém stavu – tedy podobně jako v přírodě. Pro makroskopické zobrazení celých květních částí s velkou hloubkou ostrosti a současně rozpoznání detailů s rozlišením v řádu stovek nanometrů  – a to zcela bez úprav a poškození – nedostačovala klasická světelná ani elektronová mikroskopie. Do projektu vstoupila vědecká skupina Environmentální elektronové mikroskopie, Ústavu přístrojové techniky AV ČR, kterou vede Vilém Neděla. S přispěním jejich unikátního environmentálního rastrovacího elektronového mikroskopu (EREM) bylo možné všechny výše uvedené podmínky splnit a nalézt morfologické rozdíly mezi jednotlivými pohlavími této rostliny, podporující výsledky expresních a bioinformatických analýz.

 „Po mnoho let vyvíjený a dnes světově unikátní environmentální rastrovací elektronový mikroskop s detektorem elektronů, navrženým speciálně pro tuto studii, umožnil potřebné snímky získat,“ dodává za ÚPT ke společnému výzkumu Vilém Neděla.

Společný výzkum brněnských vědců koordinovaný Václavem Bačovským z BFÚ poodhalil procesy vedoucí ke vzniku samčího a samičího pohlaví, a podpořil tzv. dvougenovou hypotézu původu pohlavních chromozomů. Díky nově získaným výsledkům můžeme pochopit vznik jednotlivých pohlaví a pohlavních chromozomů samotných. Využitím technologie epigenetického inženýrství se otvírá možnost tvorby nových odrůd nebo odkrytí nových vlastností rostlin bez genetických modifikací.

Vědecká spolupráce

V současné době spolupráce obou vědeckých týmů pokračuje. Zatímco vědci v týmu Viléma Neděly z ÚPT pokračují ve vývoji nových mikroskopických metod pro unikátní detektory elektronů a brzy představí zcela novou elektronově mikroskopickou metodu, skupina vědců kolem Romana Hobzy z BFÚ ověřuje genové dráhy popsané touto studií a testuje metody epigenetické reaktivace na některých významných plodinách, jako je např. chmel otáčivý, rostlina mající, stejně jako silenka, oddělená pohlaví. To by v budoucnu pomohlo získat odrůdy s vyšší odolností proti extrémním klimatickým jevům nebo škůdcům.

 „Metodika, kterou jsme využili, nabízí rovněž přesah do šlechtitelských programů pro identifikaci genů odpovědných za užitné vlastnosti a pro tvorbu nových odrůd a jejich variant. Zmíněné postupy budou také využívány v nově vznikající Aplikační laboratoři pro zemědělské biotechnologie BFÚ a  laboratoři Environmentální elektronové mikroskopie ÚPT“ představuje výhled další společné spolupráce Roman Hobza z BFÚ.

Výsledky brněnských vědců byly publikovány v únorovém čísle prestižního vědeckého časopisu Journal of Experimental Botany. Na obálku tohoto časopisu byly redakcí vybrány unikátní obrázky z environmentálního rastrovacího elektronového mikroskopu.

Výsledky tohoto výzkumu jsou proto významné z hlediska vědeckého i celospolečenského přínosu.