Jeden genom, dvě evoluční rychlosti

Vědci Botanického ústavu AV ČR zjistili, že velikost genomu u orchidejí je nezávislá na počtu chromozomů, ale úzce souvisí s celkovým obsahem repetitivních úseků DNA a typem endoreplikace. Výzkum ukázal, že evoluce genomu na úrovni druhů probíhá dvojí rychlostí – zatímco kódující část je u blízce příbuzných druhů víceméně stálá, část DNA obsahující nekódující úseky se neustále mění, a s ní i jeho celková velikost. U orchidejí je tento jev úzce spjatý s částečnou endoreplikací, která jim umožňuje cíleně zvyšovat počet kopií kódujících částí genomu a zabraňuje neefektivnímu zmnožování těch nekódujících. Tyto poznatky, které byly publikovány v časopise The Plant Journal, mohou pomoci lépe pochopit, jak se rostliny dokážou adaptovat a účinně šetřit energii.

Velikost genomu rostlin určuje mnohé jejich vlastnosti. Obecné zákonitosti a mechanismy evoluce velikosti genomu jsou proto předmětem bádání již desítky let. „V našem výzkumu jsme se snažili posoudit, jak velkou roli hraje
v evoluci velikosti genomu zmnožení repetitivní DNA, chromozomální variabilita a typ endoreplikace u orchidejí. Kromě toho, že je tato skupina fascinující v mnoha jiných ohledech, má i jednu unikátní vlastnost organizace genomu, která je pro vědce záhadou,“ říká Pavel Trávníček z Oddělení evoluční biologie rostlin Botanického ústavu AV ČR.

Pro výzkum si vědci vybrali jejich druhově nejbohatší linii zvanou Pleurothallidinae. Zahrnuje okolo 5 500 druhů a tvoří téměř pětinu všech orchidejí. Cílem výzkumu bylo ukázat, zda by za velkou rozmanitostí právě této skupiny rostlin mohly stát i nějaké celogenomové vlastnosti.

Jednou z nich je endoreduplikace, známá i u jiných rostlin, při které dojde ke zdvojení celé jaderné DNA.  Znásobení počtu kopií genomu umožňuje rostlinám pružně odpovídat na jakékoliv změny, protože se zvýší rychlost přepisu DNA do proteinů.

U orchidejí (Orchidaceae) se kromě klasické endoreduplikace objevuje i částečná endoreplikace, při které nedochází ke zdvojení celého genomu, ale k namnožení pouze jeho části. Nejedná se však o náhodný proces, u každého druhu se zmnožuje stále stejná část genomu, a výsledkem jsou tak pletiva s buňkami, které mají charakteristický obsah celkové DNA. Spekuluje se
o tom, že taková vlastnost umožňuje orchidejím těžit z výhod endoreplikace a zároveň šetřit omezené zdroje na replikování celého genomu.

„Náš výzkum ukázal, že při částečné endoreplikaci dochází k přednostnímu množení funkčních částí genomu (např. genů). Naopak část genomu bohatá na repetitivní sekvence, tj. ty, které nekódují geny a neprojevují se tudíž ve vlastnostech organismů, se v průběhu endoreplikace nemnoží. Evoluce genomu na úrovni druhů tak probíhá dvojí rychlostí, zatímco kódující část genomu je víceméně stálá, část DNA obsahující nekódující úseky se neustále mění, a s ní i celková velikost genomu orchidejí,“ vysvětluje Pavel Trávníček.

Orchideje jsou vytrvalé byliny, které najdeme na všech kontinentech kromě Antarktidy. Čítají přes 27 000 druhů, čímž se řadí  
k jedné ze dvou druhově nejbohatších čeledí rostlin na světě.

Zdroj:
Repeat proliferation and partial endoreplication jointly shape the patterns of genome size evolution in orchids,
The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.15306)

Více informací k tématu částečné (parciální) endoreplikace u orchidejí můžete nalézt v článku New Phytologist - Diversity in genome size and GC content shows adaptive potential in orchids and is closely linked to partial endoreplication, plant life-history traits and climatic conditions.

Kontakt:

Mgr. Ing. Pavel Trávníček, Ph.D.  
Oddělení evoluční biologie rostlin
pavel.travnicek@ibot.cas.cz

Mgr. Mirka Dvořáková
PR & Marketing Manager
miroslava.dvorakova@ibot.cas.cz
+420 602 608 766

Přečtěte si také

• Experiment METRO navržený českými vědci zamíří na ISS
• Temnou minulost republiky zkoumá nový výzkumný projekt Zdivočelá země
• Co (ne)víme o žácích s kvantitativním nadáním? Česko v mezinárodním srovnání
• Čeští vědci vynalezli elektrolyt, který řeší současné problémy baterií
• Devátý ročník Veletrhu vědy je za dveřmi, láká třeba na vesmírné městečko
• Jarmila Kubíková převzala Cenu Antonína Friče za přínos časopisu Živa
• Srovnání platů a mezd: Na potřeby kvalifikovaných zaměstnanců stát připravený není
• Nejen počasí, ale i věda: Nové metody ochrany lesa drží kůrovce na uzdě
• Sto let působení Archeologického ústavu AV ČR v Praze na Pražském hradě
• Představujeme novou verzi mobilní aplikace Klíšťapka