Olomoučtí vědci odhalili dálkové ovládání genů v ječmeni, pomůže to šlechtění

Vědci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB AV ČR) v Olomouci popsali způsob, jakým ječmen prostřednictvím vzdálených regulačních DNA sekvencí řídí aktivaci svých genů. Díky těmto poznatkům vytvořili první komplexní mapu míst v DNA u tohoto typu obilovin, která rozhodují o zvýšení či snížení aktivity genů. Výsledky jejich vědecké práce mohou usnadnit cílené zásahy do genomu rostlin při vývoji odolnějších a výnosnějších odrůd obilovin. O objevu informoval vědecký časopis Cell Genomics. ČTK to dnes sdělila Hana Šimková z ÚEB AV ČR.

Regulace genů podle vědců z ÚEB AV ČR stojí na jemné síti prvků rozesetých po genomu, často ve značné vzdálenosti od samotných genů. Tyto úseky DNA fungují jako jakési dálkové ovládače, které zesilují či zeslabují genovou aktivitu v určité části rostliny a ve správném čase. Studie vědců z ÚEB AV ČR, německého IPK Gatersleben a Ústavu molekulární biologie rostlin AV ČR je poprvé popsala v genomu ječmene.

Tým analyzoval tři vývojová stadia ječmenného embrya i mladé listy. S využitím tzv. epigenetických značek, pokročilého sekvenování a strojového učení vytvořil mapu více než 77.000 předpokládaných regulačních prvků, které dohromady tvoří asi 1,5 procenta ječmenného genomu. Mnohé z nich působí na geny vzdálené desítky až stovky tisíc písmen v 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. Jejich poznání nám umožní přesněji pochopit, proč se některé odrůdy vyvíjejí odlišně, a nabízí nové nástroje pro jejich cílené vylepšování," uvedla Šimková.

Studie popisuje také mechanismus, jak vzdálené regulační prvky navazují kontakt se svými cílovými geny prostřednictvím smyček DNA, které vytvářejí specifické uspořádání chromatinového vlákna v buněčném jádře. Vědci tyto interakce podrobně popsali například u genů kódujících bílkoviny LEA související s odolností rostlin vůči suchu. Stejnou mapu využili i k identifikaci regulačních oblastí klíčového genu Vrn3, jenž řídí přechod ječmene do kvetení.

Výzkumníci zároveň vytvořili volně dostupnou databázi a interaktivní genomový prohlížeč. Nástroje mohou podle autorů studie sloužit jako podklad pro další výzkum ječmene i příbuzných obilnin, například pšenice či žita. "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," dodala Šimková.