Luční kvítí klíčem k poznání evoluce. Vědci popsali DNA chromozomu Y

Co má společného luční květina silenka širolistá s člověkem? Oddělená pohlaví. Tuhle na mezi roste samčí rostlinka, o kousek dál samičí. Vědci z Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Biofyzikálního ústavu AV ČR spolu se zahraničními kolegy rozluštili DNA chromozomu Y, který je zodpovědný za formování prašníků a produkci pylu v samčích květech silenky, a dokonce přišli na kloub tomu, jak u byliny kdysi dávno k tzv. dvoudomosti došlo. Evoluční proměny pohlavního rozmnožování v rostlinné říši navíc mohou prozradit i leccos o člověku. Výzkum publikoval prestižní časopis Science.

Vídáme ji na mezích a loukách a nezřídka si ji z procházky neseme domů do vázy. Silenka širolistá nebo také knotenka je běžnou českou bylinou. Spíše než jemnými bílými květy zaujme svým sametovým, leckdy nafialovělým tělem. Na první pohled upoutají i jakési balonky pod některými květy. Nafouknuté kalichy se semeníky patří samičím rostlinám, lodyhy se štíhlými, válcovitými kalichy nesou zase jen samčí květy s prašníky a pylem.

Silenka širolistá se řadí mezi dvoudomé rostliny – tedy druhy, u nichž se vyvinula oddělená pohlaví a v jejichž populaci se vyskytují jedinci s výhradně samičími, nebo naopak samčími rozmnožovacími orgány. „Samce“ a „samice“ v rostlinné říši rozlišují třeba i vrby, chmel nebo konopí. O dvoudomosti vědí své rovněž zahrádkáři a sadaři, kteří chtějí pěstovat rakytník pro jeho vitaminy nabušené plody – musejí zasadit dva keře coby partnerskou dvojici. Podobné je to s léčivým jinanem dvoulaločným.

Samčí rostlina silenky širolisté

Zrovna tak silenka musí růst v páru. Nabídnout sice nemůže ani zásobu vitaminů, ani své plody k potravinářskému využití, zato je důležitým klíčem k poznání. „Výzkum silenek nám pomáhá odpovědět na otázky spojené s osudem našich genomů, a tím s osudem nás samých,“ vysvětluje Helena Štorchová z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, jež vede laboratoř reprodukce rostlin.

Silenka širolistá láká vědce již po staletí. Ne nadarmo si ji vybral coby unikátní model pro zkoumání základních principů vzniku pohlavních chromozomů a determinace pohlaví už zakladatel genetiky Gregor Johann Mendel.

Na stopě samčímu genomu
Jak je možné, že by luční květina mohla prozradit něco o lidském pokolení? Silenka širolistá je vybavena obdobným systémem určení pohlaví jako člověk. Samčí jedinci nesou chromozomy X a Y, zatímco samičí mají dvojici chromozomů X. A právě dědičnou informaci pohlavního chromozomu Y u silenky širolisté podrobně prozkoumal mezinárodní tým vědců z osmi evropských zemí, USA a Chile.

Chromozomy samčích rostlin silenky širolisté včetně obrovského pohlavního chromozomu Y

Rozluštit ji byl nesmírně náročný úkol. DNA chromozomu Y u silenky totiž obsahuje mnoho opakujících se úseků, což komplikuje jeho analýzu. Navíc je obrovský – má přes 500 milionů „písmen“ genetické informace. To je asi čtyřikrát více než kompletní dědičná informace (genom) huseníčku a téměř jedna šestina celého genomu člověka s 23 chromozomy.

„Na rozdíl od lidského chromozomu Y je ten silenkový evolučně mladý. Začal se utvářet před asi 11 miliony lety. Během další evoluce se postupně omezovala jeho rekombinace s chromozomem X, tedy párování a výměna jejich odpovídajících oblastí. Hromadily se v něm také opakující se úseky DNA, což vedlo k jeho extrémnímu zvětšování,“ říká Roman Hobza z Biofyzikálního ústavu AV ČR.

Důležité poselství nenápadné byliny
Vědci použili kombinaci několika nejmodernějších metod čtení DNA, aby získali detailní sekvenci silenčina chromozomu Y – zjednodušeně řečeno pořadí „genetických písmen“, v nichž je zapsána dědičná informace. Podařilo se také nalézt geny, které by mohly být zodpovědné za základní funkci chromozomu Y, tedy potlačení tvorby semeníku a podporu formování prašníků a produkci pylu v samčích květech.

Květy silenky širolisté – vlevo samičí, vpravo samčí

Vedle genomu silenky širolisté analyzovali badatelé i genomy dvou příbuzných druhů, které nemají oddělené pohlaví – silenky obecné a silenky kuželovité. Jejich srovnání odhalilo komplikovaný původ silenkových pohlavních chromozomů, jež vznikly z několika kusů jiných chromozomů.

Na projektu se výrazně podíleli autoři z České republiky. Tým Biofyzikálního ústavu AV ČR v čele s Romanem Hobzou přispěl k analýze pohlavních chromozomů silenky širolisté. Dva týmy Ústavu experimentální botaniky AV ČR, vedené Helenou Štorchovou a Hanou Šimkovou, se účastnily sestavení genomu silenky obecné.

„I zdánlivě nenápadné rostliny mohou přinést klíčové poznatky o základních biologických procesech. Silenka širolistá se tak stává jedním z důležitých pokusných druhů pro pochopení evoluce rozmnožování,“ uzavírá Roman Hobza.

Silence širolisté se loni dostalo výjimečné pozornosti na výstavě Tajemství květního vývoje pod drobnohledem. Expozice představila snímky rostliny pořízené díky unikátnímu prototypu pokročilého environmentálního rastrovacího elektronového mikroskopu, který vyvinuli badatelé v Ústavu přístrojové techniky AV ČR. Fotografie z vernisáže je možné prohlédnout zde.

Připravila: Jana Bečvářová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy
Foto: archivy Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Biofyzikálního ústavu AV ČR

 Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Růst listů, kořenů, kvetení i rozmnožování aneb Za vším hledej hormon
• Řekni mi to vůní. Pachová komunikace řídí životy zvířat i lidí
• Jak se mozek zotavuje po mrtvici? Odpovědi přináší studie českých vědců
• Čirok produkuje unikátní pyl. Může být cestou k pěstování odolnějších plodin
• Jak opravit míchu: Kristýna Kárová zkoumá možnosti obnovy nervových buněk
• Prodělali jste černý kašel? Přihlaste se do unikátní studie českých odborníků
• Jak buňky reagují na stres? Tým zpřesnil popis vzniku protistresového proteinu
• I v oddělení biologie nádorů může být sranda, říká Veronika Vymetálková
• Vědci z Akademie věd popsali, jak fungují molekulární nůžky na stříhání RNA
• Vědci odhalili mutace, které spouštějí leukémii. Jejich objev může pomoci léčbě