Olomoučtí vědci odhalili systém dálkového ovládání genů v ječmeni. Poznatky pomohou šlechtitelům.
Tým z Ústavu experimentální botaniky AV ČR v Olomouci vedený Hanou Šimkovou popsal, jak ječmen řídí aktivaci svých genů prostřednictvím vzdálených regulačních DNA sekvencí v dědičné informaci. Jde o první komplexní mapu míst v DNA u tohoto typu obilovin, která rozhodují, zda se aktivita genů zvýší nebo sníží. Výsledky otevírají cestu k cílenějším zásahům do genomu rostlin, například při vývoji odolnějších a výnosnějších odrůd. O objevu informuje prestižní časopis Cell Genomics.
Jak rostlina „ví“, který gen má zapnout a kdy? Odpověď leží v jemné síti regulačních prvků rozesetých po celém genomu, často ve velké vzdálenosti od cílových genů. Tyto nenápadné úseky DNA fungují jako dálkové ovladače, které zesilují nebo zeslabují aktivitu genu v konkrétní části rostliny a ve správný okamžik vývoje. V nové studii zveřejněné v časopise Cell Genomics vědci z Ústavu experimentální botaniky AV ČR a jejich partneři z německého IPK Gatersleben a Ústavu molekulární biologie rostlin AV ČR poprvé komplexně popsali, jak tato „komunikační síť“ funguje v genomu ječmene.
Obr. Vědci studovali dynamiku regulační sítě v několika vývojových stádiích embrya a v mladých listech ječmene
Vědci analyzovali tři vývojová stádia ječmenného embrya i mladé listy a zkoumali epigenetické značky v jejich dědičné informaci, které rozhodují, zda je určitý gen aktivní, nebo umlčený. Za použití nejmodernějších metod sekvenování a strojového učení vytvořili detailní mapu více než 77 tisíc předpokládaných regulačních prvků, které společně představují asi 1,5 % ječmenného genomu. Mnohé z nich působí na geny umístěné velmi daleko, desítky až stovky tisíc písmen v sekvenci DNA.
„Tyto regulační sekvence na bázi DNA fungují jako jemně seřízené spínače – umožňují rostlině reagovat na podněty z prostředí, určují směr vývoje nebo přechod do reprodukční fáze,“ říká Hana Šimková z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, hlavní řešitelka projektu. „Jejich poznání nám umožní přesněji pochopit, proč se některé odrůdy vyvíjejí odlišně, a nabízí nové nástroje pro jejich cílené vylepšování.“
Studie mimo jiné ukazuje, že vzdálené regulační prvky přicházejí do kontaktu se svými geny vytvářením smyček DNA, tedy přesně definovaným uspořádáním vlákna DNA v buněčném jádře. Takovéto interakce vědci z ÚEB AV ČR podrobně popsali například u skupiny genů kódujících bílkoviny LEA, jež pomáhají rostlinám přežít sucho. Mapu také využili k odhalení regulačních oblastí důležitého genu Vrn3, který řídí přechod ječmene do kvetení.
Nově vytvořená databáze a interaktivní genomový prohlížeč, vyvinuté a spravované ve spolupráci vědců z ÚEB a ÚMBR, jsou volně dostupné vědecké komunitě po celém světě. Mohou tak sloužit jako podklad pro další výzkum nejen u ječmene, ale i u příbuzných obilnin, jako je pšenice nebo žito. „Porozumění těmto regulačním sítím je klíčem pro další vývoj udržitelných plodin. Můžeme tím urychlit šlechtění rostlin, které lépe zvládnou stres, dávají stabilní výnosy a potřebují méně zásahů,“ dodává Hana Šimková z ÚEB AV ČR.
Obr. Vědci z ÚEB a ÚMBR vytvořili databázi epigenetických značek a interakcí DNA, která je užitečným vodítkem při hledání regulačních prvků v genomu ječmene. Zdroj: Pavla Navrátilová
Odkaz na článek: https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(25)00293-9
