Zahlavi

Čeští vědci pomohli rozluštit dědičnou informaci hrachu

02. 09. 2019

Mezinárodním tým vědců, mezi nimiž byli i zástupci z Akademie věd, přečetl po šesti letech dědičnou informaci hrachu setého.  Informuje o tom prestižní vědecký časopis Nature Genetics. Tento objev přispěje ke šlechtění nových odrůd, díky nimiž by se mohl hrách v České republice začít opět pěstovat ve větším rozsahu.

Čeští vědci z olomoucké laboratoře Ústavu experimentální botaniky AV ČR, která je součástí Centra regionu Haná pro zemědělský a biotechnologický výzkum, a z Ústavu molekulární biologie rostlin Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích, si připisují další úspěch. Významně pomohli k rozluštění složitého genomu hrachu setého, důležité plodiny, jejíž genom je o třetinu větší než lidský.

„Otevírá to zcela novou cestu ke šlechtění hrachu, protože bude možné využívat nejnovější metody molekulární biologie a biotechnologie. Osobně vidím v této práci také jistou symboliku v souvislosti s odkazem zakladatele genetiky J. G. Mendela, který studoval v Olomouci a který v Brně objevil zákony dědičnosti právě díky studiu hrachu. Nepochybuji o tom, že by měl z naší práce velkou radost a doufám, že jsme pomohli k tomu, aby se hrách opět stal rozšířenou plodinou," říká vedoucí laboratoře Jaroslav Doležel.
 
Jaroslav Doležel u průtokového cytometru

Jak vypadal prapředek dnešního hrachu

Čtení dědičné informace hrachu trvalo šest let a spolupracovaly na něm laboratoře z celého světa sdružené do Konsorcia pro genom hrachu.  Projekt koordinoval francouzský Národní ústav pro zemědělský výzkum v Dijon a vedla ho Judith Burstin.

Olomoučtí vědci se na výzkumu podíleli hned dvěma způsoby. Pomocí unikátních technologií optického mapování genomu a třídění chromozomů významně přispěli k vylepšení sestaveného textu dědičné informace.  Metodu třídění chromozomů vyvinula olomoucká laboratoř ÚEB a je dosud jediným pracovištěm ve světě, které ji rutinně využívá.

Stejnou technologii využili odborníci také ke zkoumání rozdílů mezi strukturou dědičné informace pěstovaného hrachu a jeho planých příbuzných druhů.  Výsledek projektu je fascinující. Podařilo se odhalit, jak se vyvíjela v průběhu evoluce dědičná informace hrachu od společného předka existujícího v době před 50 miliony lety až po dnešek. Podrobná znalost dědičné informace usnadní šlechtitelům získávání nových odrůd hrachu odolných vůči houbovým a virovým chorobám a s lepší nutriční kvalitou.
 
Na stopě repetitivních sekvencí
 
Vědci z Biologického centra AV ČR z Českých Budějovic zase pomocí kombinace biochemických metod a speciálních počítačových algoritmů vyvinutých na svém pracovišti zjistili složení genetické informace v centromerách, což jsou části chromozómů zodpovědné za správný přenos genetické informace při dělení buněk. Pomocí fluorescenčního mapování chromozómů pak pomohli uspořádat již přečtené kousíčky chromozómů správně k sobě. Měli také klíčový podíl na nalezení všech opakujících se částí dědičné informace hrachu. “Tyto tzv. repetitivní sekvence tvoří většinu dědičné informace hrachu a svou přítomností mohou ovlivňovat funkci mnoha důležitých genů”, vysvětluje Jiří Macas z Biologického centra AV ČR.
 
Chromozomy hrachu (modře) s fluorescenčním značením repetitivních sekvencí (růžová, zelená) vyvinutým českobudějovickými vědci
 
Opomíjená superpotravina našich předků

Ačkoliv hrách patří mezi tradičně pěstované luskoviny, je v České republice poněkud přehlíženou plodinou a pěstuje se pouze na necelých 30 tisících hektarech.  Důvodem je to, že současné odrůdy hrachu jsou pro zemědělce poněkud problematické a je pro ně ekonomicky výhodnější pěstovat jiné plodiny.

Hrách je přitom významným zdrojem rostlinných bílkovin. Jeho pěstování nezatěžuje životní prostředí tak, jako chov hospodářských zvířat, ze kterých získáváme živočišné bílkoviny. Velkým plusem hrachu je, že stejně jako ostatní rostliny čeledi bobovitých, umí fixovat vzdušný dusík a zlepšuje kvalitu půdy. V neposlední řadě je hrách také skvělou, zdravou a ekologickou alternativou k sóji, která se dováží do České republiky ve velkém.
 
Odkaz na publikaci: Jonathan Kreplak et al. 2019. A reference genome for pea provides insight into legume genome evolution. Nature Genetics 51: 1411-1422; doi: 10.1038/s41588-019-0480-1

Na titulním snímku hrách setý (Pisum sativum)
Připravila Radoslava Kvasničková, Ústav experimentální botaniky AV ČR, ve spolupráci s Danielou Procházkovou, Biologické centrum AV ČR, a Markétou Růžičkovou, Odbor mediální spolupráce Kanceláře AV ČR
Titulní fotografie: Torli Roberts, FreeImages
Foto v článku: Miroslav Bednařík a Biologické centrum AV ČR

Přečtěte si také

Biologie a lékařské vědy

Vědecká pracoviště

Cílem výzkumu je poznávání procesů v živých organismech, a to na úrovni molekul, buněk i organismů. Biofyzikální výzkum se zabývá studiem vztahu DNA – protein a vlivu faktorů životního prostředí na organismy. V oblasti molekulární genetiky a buněčné biologie jsou studovány zejména signální cesty pro spouštění reakcí a odezvy cílových genů na tyto signály; zvláštní pozornost je věnována studiu buněčných mechanismů imunitních odpovědí. Sledovány jsou rovněž genomy mikroorganismů a procesy směřující k moderním technologiím přípravy látek s definovanými biologickými účinky. V oblasti fyziologie a patofyziologie savců a člověka je výzkum zaměřen na kardiovaskulární fyziologii, neurovědy, fyziologii reprodukce a embryologii s cílem vytvořit teoretické základy preventivní medicíny. V oblasti experimentální botaniky se výzkum věnuje genetice, fyziologii a patofyziologii rostlin a moderní rostlinné biotechnologii. Sekce zahrnuje 8 vědeckých ústavů s přibližně 1930 zaměstnanci, z nichž je asi 690 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce