E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Naši vědci napomohli přečtení genomu sestřenice všech rostlin

V jednom z nejprestižnějších odborných biologických časopisů The Cell vyšel nedávno článek několika desítek vědců z celého světa, na němž se podílel i tým z naší katedry experimentální biologie rostlin. Oznámili v něm přečtení genetické informace – genomu – sladkovodní řasy parožnatky Chara braunii. Tento výsledek výrazně napomůže odhalování evoluce rostlin. Na naše otázky odpovídal jeden ze členů týmu, Stanislav Vosolsobě.

 

Stanislav Vosolsobě pracuje na bioinformacitké části práce často v terénu. Foto: archiv Stanislava Vosolsobě

 

V Cell doposud vyšlo pouze 22 odborných článků s českým podílem. Jaká byla vaše cesta k této publikaci?

Měli jsme velké štěstí a politicky řečeno, dobré lobby. Předloni se kolega Roman Skokan vrátil z konference se slovy: „…tak jsem tam potkal nějakého Rensinga, co prý s Japonci sekvenuje Charu… Tak jsem s ním domluvil, že bychom se mohli podívat, na její geny...“ a tím to začalo! Články popisující sekvenování organizmů mají tu výhodu, že vždy naleznou místo na stránkách prestižních časopisů, protože sekvenování a následný popis genomu vyžaduje extrémní finanční, respektive lidské zdroje. A zveřejněný genom poté slouží stovkám a tisícům dalších vědců.

 

Co obnáší přečtení genomu jednoho organizmu?

Nejdříve musíte izolovat DNA. To lze udělat klidně i v kuchyni pomocí mixéru, prostředku na nádobí a lihu. DNA se poté rozláme ultrazvukem a vloží do sekvenátoru, který z konců jejích zlomků umí přečíst dvě až tři sta písmen genomu. Celkem jsme museli přečíst několik miliard takovýchto zlomků, abychom pokryli celý genom, který má jeden a půl miliardy písmen. Tuto obrovskou kupu dat skládal superpočítač do výsledné sekvence dvacet dní.

 

Obálka časopisu The Cell, která upozorňuje na článek o sekvenaci genomu parožnatky. 

Co vedlo vědce k sekvenování parožnatky?

Snaha poznat evoluci rostlin, tedy přechod řas na souš. Parožnatka je řasa blízce příbuzná rostlinám s velice složitou stavbou těla, která se ale vyvinula nezávisle. Díky znalosti genomu budeme moci pochopit, jak parožnatka funguje a porovnat ji s rostlinami. Zjistíme, jaké znaky mají společné a jaké unikátní a podle toho budeme moci dedukovat, jak mohly vypadat jejich předchůdkyně, ze kterých vznikly mechorosty, plavuně a všechny ostatní rostliny.

 

Už dvě stě let zkoumají vědci evoluci na základě zkamenělin. Co nového přináší studium genomů?

Se zkamenělinami to není jednoduché. Z řas a nejstarších rostlin známe výtrusy, ale křehká těla jen zřídka. Aby vznikla zkamenělina, musí být totiž tělo rychle zakryto usazeninami. To je snadné v moři, ale suchozemské rostliny tam musejí být splaveny, přičemž se často poškodí. Takže o prvních rostlinách máme ze zkamenělin jen velice kusé informace. Když zkoumáme existující organismy, můžeme zjistit mnohem více podrobností a jejich porovnáváním se dostaneme taktéž do minulosti. Takto byl například odhalen původ květu rostlin. Už Darwin přemýšlel, jestli odpovídají okvětní plátky šupinám šištic nahosemenných nebo jestli vznikly z normálních listů. Ale až když se díky sekvenování objevily geny, které řídí jejich tvorbu, mohla být potvrzena první varianta, která se na základě zkamenělin nezdála vůbec pravděpodobná.

 

Sekvenováním prvních organizmů se zabývaly celé výzkumné ústavy mnoho let. V čem se liší sekvenování v dnešní době?

Nyní můžeme do sekvenátoru vložit miliony zlomků DNA a sekvenovat je všechny najednou. Dříve se musel každý zlomek zpracovávat zvlášť. A díky výkonnějším počítačům můžeme skládat najednou obrovský počet těchto krátkých úseků. V minulosti se před sekvenováním zlomky zdlouhavě třídili do co nejmenšího počtu navazujících zlomků pokrývajících celý genom. Proto po roce 2000, kdy byla přečtena první rostlina a člověk, přibývaly jen jednotlivé genomy za rok. Dnes jsou to řádově stovky!

 

V čem spočíval podíl vašeho týmu na celém projektu?

Sekvenování provedli kolegové z Japonska a my ostatní jsme pak analyzovali určité skupiny genů. Náš tým se zabývá geny, které v rostlině zajišťují mezibuněčný tok auxinu, klíčového hormonu, jenž řídí vývoj kořenů či listů. Nejdůležitější z nich, gen PIN, je u řas jediný, ale u rostlin v několika různých verzích s odlišnými funkcemi, což souvisí se složitostí jejich těla. A my jsme nalezli podobné rozrůznění genů i u parožnatky. Ale došlo k němu nezávisle, stejně jako ke vzniku jejího složitého těla. Takže si myslíme, že u obou skupin hraje auxin významnou roli, jež se ale v každé linii rozvíjela specificky.

Snímek řady parožnatky z konfokálního mikroskopu. Foto: Stanislav Vosolsobě

Jak probíhá takovéto studium genů?

Provádí se to na počítači, bioinformaticky. To je dnes jedna z nejdůležitějších disciplín biologie, neboť nám umožní orientovat se v kupících se sekvenčních datech a formulovat nové hypotézy o evoluci či funkci organizmů. Baví mě, že bioinformatik nemusí provádět zdlouhavé a drahé experimenty, ani trápit zkoumané organismy. A navíc s počítačem mohu jít kamkoli, třeba na skálu uprostřed hor, a během práce čerpat z okolní přírody nové podněty k bádání. Ale bez návazného experimentálního prověření hypotéz se bioinformatika stále neobejde.

 

Podílet se na takto prestižním projektu bylo jistě náročné

Upřímně musím říci, že to bylo snadnější než tvorba běžné publikace, vycházející z let nekončících, povětšinou neúspěšných experimentů. Analýza parožnatkových genů mi totiž trvala jen několik dní. Asi nejnáročnější na takovémto projektu bylo spojení všech výsledků do jednoho rukopisu. S tím jsem pomáhal sjednocováním formátu mnoha výsledkových tabulek od různých autorů, což se dělalo narychlo těsně před uzávěrkou.

 

Jaké máte plány do budoucna? Budete se tomuto zajímavému organizmu věnovat podrobněji?

Rádi bychom prozkoumali, jak u parožnatky funguje auxinová signalizace i pomocí experimentů. Ale už i její pěstování v laboratoři není vůbec jednoduché. Málem nám nepřežila ani cestu z Japonska, když ji několik týdnů drželi celníci v Ruzyni, než jsme doložili všechny náležitosti, jako třeba kopii zakládací listiny univerzity podepsanou samotným Karlem IV. Na rozdíl od dobře zavedených modelových organizmů s popsanými experimentální postupy, zde musíme hledat úplně nové cesty. Ale bez prošlapávání nových cest nelze dělat nové objevy.


Celý článek naleznete ZDE. 


Autoři:

Mgr. Stanislav Vosolsobě
Dokončuje doktorské studium na katedře experimentální biologie rostlin PřF UK. Věnuje se buněčné biologii, zejména prostřednictvím bioinformatických přístupů.

Mgr. Roman Skokan
Doktorand na stejné katedře, který působí v ústavu experimentální botaniky AV ČR v Lysolajích. Věnuje se auxinové signalizaci u řasových předchůdců rostlin.

RNDr. Jan Petrášek, Ph.D. 
Vědecký pracovník na katedře experimentální biologie rostlin PřF UK a zároveň vedoucí laboratoře studující rostlinné hormony v ústavu experimentální botaniky AV ČR v Lysolajích, která se ve spolupráci se zahraničními pracovišti podílela na přelomových objevech na poli auxinové signalizace u rostlin.


Ohlasy v médiích

Publikováno: Úterý 10.07.2018 16:40

Akce dokumentů