Rostlinní biologové podrobně popsali evoluci samčího pohlavního chromozomu
07. 02. 2025
DNA chromozomu Y u silenky širolisté, kvetoucí rostliny, která má podobně jako lidé oddělená pohlaví, rozluštil mezinárodní tým s významnou účastí českých vědců. V aktuálním vydání časopisu Science badatelé popsali vznik a další evoluci chromozomu Y, který je u této rostliny nebývale velký. Identifikovali také možné geny zodpovědné za určení pohlaví. Nové poznatky přinášejí bližší pochopení evoluce a genetiky pohlavního rozmnožování u rostlin i u dalších organismů včetně člověka. Na výzkumu se podílely Ústav experimentální botaniky AV ČR a Biofyzikální ústav AV ČR.
Většina kvetoucích rostlin má oboupohlavné květy se samčími i samičími rozmnožovacími orgány. Některé druhy však mají oddělená pohlaví – v jejich populaci se vyskytují jedinci s výhradně samičími, nebo naopak samčími květy. Mezi tyto takzvané dvoudomé rostliny patří cesmína, konopí, většina druhů vrb, kopřiva dvoudomá nebo chmel. Evoluční proměny a genetická podstata pohlavnosti rostlin jsou důležitým tématem pro biologický i zemědělský výzkum.
Mezinárodní tým vědců z osmi evropských zemí, USA a Chile podrobně prozkoumal dědičnou informaci pohlavního chromozomu Y u dvoudomé byliny silenky širolisté. Ta je vybavena obdobným systémem určení pohlaví jako člověk. Samčí jedinci nesou chromozomy X a Y, zatímco samičí rostliny, které vytvářejí v květech jen semeníky, nikoli prašníky a pyl, mají dvojici chromozomů X.
Obří chromozom jako vědecká výzva
Rozluštit DNA chromozomu Y u silenky širolisté byl nesmírně náročný úkol. Tento chromozom totiž obsahuje mnoho opakujících se úseků DNA, 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.
Autoři aktuálně publikované studie proto použili kombinaci několika nejmodernějších metod čtení DNA, aby získali detailní sekvenci chromozomu Y – zjednodušeně řečeno pořadí „genetických písmen“, v nichž je zapsána dědičná informace.
Odhalené podrobnosti evoluční historie
Kromě 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 rozdíl od lidského chromozomu Y je ten silenkový evolučně mladý. Tato jedinečná vlastnost nám umožňuje detailněji sledovat klíčové procesy, které formují pohlavní chromozomy a ovlivňují charakter rozmnožování.“
„Chromozom Y se u silenky širolisté začal utvářet asi před 11 miliony lety. Během další evoluce se postupně omezovala jeho rekombinace s X chromozomem, 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.
„Publikované poznatky se stanou odrazovým můstkem pro další výzkum rozmnožování rostlin, například určením skupin genů, které se pomnožily či naopak ztratily v souvislosti se změnou způsobů reprodukce,“ dodává Helena Štorchová z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.
Na chromozomu Y se vědcům také podařilo nalézt geny, které by mohly být zodpovědné za jeho základní funkci, tedy potlačení tvorby semeníku a podporu formování prašníků a produkci pylu v samčích květech.
Významná účast českých vědců
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.
„Nová publikace je výsledkem dlouholetého mezinárodního úsilí a ukazuje, že 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. Poznatky získané u ní mohou být zároveň využity při studiu jiných rostlin včetně plodin, ale také dalších organismů. Výzkum silenek nám tak pomáhá odpovědět i na otázky spojené s osudem našich genomů, a tím s osudem nás samých,“ shrnují Helena Štorchová a Roman Hobza.
Kontakty:
Marie Komrsová, M.Phil.
Laboratoř reprodukce rostlin
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
komrsova.m@ueb.cas.cz
RNDr. Roman Hobza, Ph.D.
vedoucí Oddělení vývojové genetiky rostlin
Biofyzikální ústav Akademie věd ČR
hobza@ibp.cz
Read also
- Violent dance of massive gas giant planets
- Scientists discover new species of rare fungi thanks to arsenic analysis
- MICAL1 plays a key role in cellular dynamics by controlling the cytoskeleton
- Groundbreaking study maps brain’s recovery process after stroke
- IOCB Prague expands overseas, opens a new branch in Boston
- Speedier and more effective treatment of serious illnesses
- Scientists from IOCB Prague help to improve medical drugs
- Newly discovered regenerative cells may revolutionize wound healing
- Genetic mixing as a path to survival
- Powerful winter lightning discharges triggered prolonged whistling around the Earth
The Czech Academy of Sciences (the CAS)
The mission of the CAS
The primary mission of the CAS is to conduct research in a broad spectrum of natural, technical and social sciences as well as humanities. This research aims to advance progress of scientific knowledge at the international level, considering, however, the specific needs of the Czech society and the national culture.
President of the CAS
Prof. Eva Zažímalová has started her second term of office in May 2021. She is a respected scientist, and a Professor of Plant Anatomy and Physiology.
She is also a part of GCSA of the EU.