Vědci rozluštili funkci genu důležitého pro vývoj semen

Fen Yang se věnuje výzkumu proteinového SMC komplexu huseníčku rolního několik let.
Foto: ÚEB
Monday 4 October 2021, 13:00 – Text: R. Kvasničková, M. Šaradínová

Funkci nově objeveného genu, který ovlivňuje tvorbu a kvalitu semen, objasnili jako první na světě vědci z olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB AV ČR). Objev může pomoci při šlechtění kvalitnějších a odolnějších zemědělských plodin. Na výzkumu, o němž informuje prestižní časopis Plant Cell, se podíleli také španělští odborníci z Complutense University of Madrid.

Vědecká skupina z Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB AV ČR, které je součástí Centra regionu Haná pro zemědělský a biotechnologický výzkum, navázala pod vedením Aleše Pečinky na svůj dřívější výzkum jednoho z proteinových SMC komplexů, které se podílejí na uložení chromozomů v buněčném jádře. Už tehdy olomoučtí vědci objevili u huseníčku rolního gen, který souvisí s tvorbou semen. Nyní, po dalších dvou letech bádání, dokážou přesně popsat proces, který je nutný ke vzniku kvalitních a životaschopných semen.

„Nejprve jsme se snažili zjistit, jestli se vlohy ke špatnému vývoji semen dědí od obou rodičů, nebo jenom od jednoho z nich. Překvapilo nás, že poškozená semínka vznikají pouze z otcovské strany, že je tedy způsobuje pouze dědičná informace otce. To nás navedlo k dalšímu kroku, podrobně jsme se zaměřili na výzkum pylových zrn. Zjistili jsme, že zkoumané rostliny netvoří pravidelná oválná a stejně velká pylová zrna, ale naopak velmi různorodá, od poměrně malých až po hodně velká,“ vysvětlila Fen Yang z výzkumného týmu.

Následně badatelé začali zkoumat redukční dělení buňky, tzv. meiózu. A právě tehdy se objevily nesmírně zajímavé a průlomové výsledky.

„Ukázalo se, že při dělení buňky docházelo k chybám a přeskočení určitých procesů. Výsledkem bylo, že přibližně třetina nových pohlavních buněk získala deset otcovských chromozomů místo obvyklých pěti a pylová zrna, která je obsahovala, byla proto mnohem větší. Pokud došlo k oplodnění vajíčka, vzniklo embryo, které mělo dvě místo jedné kopie otcovské dědičné informace. Zjistili jsme, že takové semínko se pak většinou vůbec nevyvinulo. Pokud ano, bylo abnormálně velké a netvořilo zásobní látky,“ uvedl Aleš Pečinka.

Tyto nové informace předčily podle vedoucího laboratoře a laureáta Národní ceny vlády Česká hlava Jaroslava Doležela veškerá očekávání a budou mít velký dopad do zemědělské praxe.

„Prohloubili jsme znalosti o fungování proteinového komplexu SMC 5/6, kterému se nyní ve světě věnuje velká pozornost. Díky tomuto objevu můžeme mnohem lépe pochopit mechanismus odpovídající za redukční dělení buňky, které přímo ovlivňuje tvorbu semen. To je pro šlechtitele i zemědělce velmi důležitý proces, který nyní mají možnost ovlivnit. Studium tohoto zajímavého genu tak může přispět k tvorbě nových odrůd plodin s vyššími výnosy,“ objasnil Doležel.

Olomoučtí vědci budou ve výzkumu dále pokračovat. Podle Aleše Pečinky chtějí zjistit, proč dochází k tomu, že neproběhne redukční dělení. „Zatím předpokládáme, že by na vině mohla být narušená organizace vlákének, která táhnou chromozomy nebo sesterské chromatidy k opačným pólům buňky. Nebo je možné, že se chromozomy dělí hodně pomalu, takže se buňka rozhodne přistoupit k dalšímu kroku, aniž by k rozdělení došlo. To jsou zatím jen naše hypotézy, které budeme testovat,“ doplnil.

Už nyní mohou vědci a šlechtitelé na celém světě začít využívat nové vědecké poznatky z Olomouce. Mohou například začít ověřovat, jestli tento mechanismus funguje i u jiných rostlin i živočichů.

Back