Sciencemag.cz
Doporučujeme
Telomery zůstaly stabilní i poté, co byly přemístěny do nového chromatinového prostředí, na jiný chromozom.
Vědci a vědkyně z výzkumné skupiny Jiřího Fajkuse na CEITEC Masarykovy univerzity ve spolupráci s Biofyzikálním ústavem Akademie věd ČR a Technologickým institutem v Karlsruhe objevili, že rostliny Arabidopsis thaliana jsou překvapivě odolné vůči rozsáhlým přestavbám genomu. Pomocí metody CRISPR/Cas upravili strukturu chromozomů rostlin, aby otestovali, jak se takové změny projeví na růstu rostlin, aktivitě genů a stabilitě dědičné informace. Výsledky ukázaly, že navzdory těmto velkým zásahům si rostliny zachovaly normální vzhled i genetickou stabilitu.
Ve spolupráci s německými kolegy z laboratoře prof. Holgera Puchty výzkumníci využili moderní metody genetického inženýrství k vytvoření rostlin, ve kterých změnili uspořádání chromozomů. Přerušili chromozomy na konkrétních místech, tzv. bodech zlomu, a následně přemístili jejich části mezi různými chromozomy, které spolu běžně nesdílejí genetickou informaci. Body zlomů přitom zvolili tak, aby nedošlo k přímému poškození genů. Poté zkoumali, zda tyto úpravy ovlivní fungování rostliny – například aktivitu genů, strukturu chromatinu, který pomáhá uspořádat molekuly DNA v buněčném jádře, nebo délku telomer, které chrání konce chromozomů a přispívají k buněčné stabilitě.
Překvapivým zjištěním studie zveřejněné v The Plant Journal bylo, že přemístění rozsáhlých chromozomových segmentů mělo jen minimální vliv na aktivitu genů, včetně genů nacházejících se v blízkosti bodů zlomu. Z více než 11 tisíc zkoumaných transkriptů genů byly změny v jejich hladinách detekovány jen u malého procenta, a tyto odchylky byly navíc rozptýlené napříč celým genomem. To naznačuje, že rostlinný genom je nejen stabilní vůči fyzickým změnám ve struktuře chromozomů, ale zároveň dokáže regulovat aktivitu genů tak, aby se předešlo větším výkyvům. „Naše studie ukazuje, že rostlinný genom je nečekaně robustní. Přesuny chromozomových ramen, které by mohly teoreticky vést k narušení regulace genů nebo k vývojovým vadám, se v praxi téměř neprojevily. Rostliny rostly stejně, jako rostliny s nemodifikovanými genomy a jejich genom si zachoval původní funkčnost,“ vysvětluje první autor studie Ondřej Helia z CEITEC MU.
Další část analýz se zaměřila na změny délek telomer. Délka telomer je parametr, který je klíčový pro zachování stability chromozomů. Výsledky ukázaly, že telomery zůstaly stabilní i poté, co byly přemístěny do nového chromatinového prostředí, na jiný chromozom. „Očekávali jsme, že přesun telomer na jiné místo v genomu by mohl ovlivnit jejich stabilitu. I když faktory, které ovlivňují délku telomer, nebyly zatím plně objasněny, předpokládá se, že svou roli hraje i okolní DNA. Naše výsledky však ukázaly, že i přes rozsáhlé zásahy do genomu si rostliny udržely rovnováhu v délce telomer. To naznačuje, že pokud okolní DNA skutečně ovlivňuje délku telomer, přenesené úseky byly dostatečně dlouhé, aby svoji původní úlohu plnily i na nové pozici,“ říká Miloslava Fojtová, vedoucí výzkumu.
Podobně se vědci podívali i na strukturu chromatinu, tedy způsob, jakým je DNA v buňce „zabalena“ a jak je tím ovlivněna aktivita jednotlivých genů. Klíčovou roli v tomto procesu hrají histony, speciální bílkoviny, které pomáhají DNA správně se organizovat v jádře a regulovat její dostupnost pro mechanismy spojené s aktivací nebo vypínáním (umlčováním) genů. I v tomto případě výsledky ukázaly, že přes zásahy do struktury chromozomů zůstalo uspořádání chromatinu prakticky nezměněné. To potvrzuje, že si rostliny dokážou funkci a regulaci své genetické informace udržet i po rozsáhlých přeuspořádáních chromozomů.
Tyto poznatky jsou důležité nejen pro pochopení mechanismů důležitých pro stabilitu rostlinného genomu, ale mohou najít praktické využití v zemědělství a šlechtění rostlin. „Pokud lze cíleně měnit strukturu chromozomů, aniž by to negativně ovlivnilo růst nebo genetickou stabilitu rostlin, otevírá se tím cesta k vývoji odolnějších odrůd, které lépe zvládnou stresové podmínky. Naše studie ukazuje, že rostliny tuto mimořádnou schopnost adaptace mají,“ uzavírá Miloslava Fojtová.
tisková zpráva CEITEC
