+ All Categories
Home > Documents > Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně...

Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně...

Date post: 02-Mar-2019
Category:
Upload: builiem
View: 221 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
4
Svět vyšších rostlin je světem polyploidie Uplynulá desetiletí intenzivního výzku- mu na poli rostlinné biologie vedla k pře- kvapivému závěru: v evoluci vyšších rostlin sehrála a sehrává klíčovou roli polyploidie. Polyploidie je především záležitostí buněč- ného jádra, ačkoli její dopady jsou patrné na celém organismu. Zatímco diploidní jádro (2n) normální somatické buňky obsahuje dvě sady chromozomů (jednu sadu od matky a jednu od otce), v polyploidním jádře jsou přítomny tři a více stejných (auto- polyploidie) nebo odlišných (alopolyploi- die) chromozomových sad (3n a více). Mezi polyploidní druhy patří řada hospodářsky významných rostlin, a proto je porozumění procesům spojených s polyploidií u rostlin nezbytné. Navíc se dnes zjišťuje, že nejmé- ně 80 % recentních druhů krytosemenných rostlin prošlo v minulosti alespoň jedním cyklem polyploidie. Někteří zástupci obilovin a rostlin jako bavlník, kávovník, banánovník a tabák spa- dají mezi alopolyploidní rostliny, jejichž problematikou se článek zabývá podrobně- ji. Buněčné jádro těchto rostlin obsahuje chromozomové sady původem ze dvou nebo více rostlinných druhů. Lilek bram- bor a vojtěška patří mezi autopolyploidní rostliny, u nichž došlo ke znásobení chro- mozomových sad téhož druhu. Genomy sóji nebo kukuřice zase řadíme mezi paleo- polyploidní druhy, které prošly v minulosti jedním nebo více cykly duplikace, i když se dnes jeví na první pohled jako diploidní. Analýza kompletního genomu rostlinného modelu huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana) zase potvrdila, že i tak miniatur- ní genom obsahuje dvě nebo více kopií některých genů, což svědčí o jeho poly- ploidní historii. Je nutné dodat, že se feno- mén polyploidie nevyskytuje pouze v rost- linné říši, přestože právě zde je nejvíce rozšířen. Minimálně jedno zdvojení chro- mozomových sad bylo odhaleno např. u kva- sinek a dokonce i v historii obratlovců včet- ně člověka. Vznik a vývoj alopolyploidních rostlinných genomů Příslušníci různých druhů se mezi sebou zpravidla nekříží. Kdyby to bylo možné, byla by větší část naší planety obydlena mezidruhovými hybridy. Příroda však vy- tvořila řadu bariér, které brání buď samot- nému mezidruhovému křížení, nebo vedou ke snížení životnosti zárodku hybridů či k potlačení jejich fertility. Existence alopo- lyploidních druhů však svědčí o tom, že ve výjimečných případech mohou být tyto bariéry překonány. Alopolyploidní druhy vznikají křížením dvou více či méně příbuzných druhů (mezi- druhové křížení, vzdálená hybridizace, obr. 1). Genomy rodičovských druhů, tedy druhů vstupujících do mezidruhového kří- žení, jsou sice podobné, avšak ne zcela identické (homologní). Genetická rozdíl- nost spočívá především v typu, počtu a uspořádání genů na chromozomech Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást Kamila Skalická 50 živa 2/2005 www.cas.cz/ziva Vlevo rostliny tabáku Nicotiana sylvestris, N. to- mentosiformis a F1 hybridi připravení v labora- toři molekulární epigenetiky Biofyzikálního ústavu AV ČR v Brně mezidruhovým křížením N. sylvestris (mateřská rostlina) × N. tomentosi- formis (pylový dárce). Hybridní rostliny se blíží svým fenotypem částečně N. tomentosiformis a částečně přirozenému tabáku, což napovídá, že křížení proběhlo úspěšně Donor otcovského genomu N. tomentosiformis, vpravo Nicotiana sylvestris F1 hybridní rostliny
Transcript
Page 1: Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně ...ziva.avcr.cz/files/ziva/...dokaze-s-rostlinnymi-genomy-poradne-za.pdf · (obr. 3). Genomy tabáku a jeho rodičov-ských

Svět vyšších rostlin je světem polyploidie

Uplynulá desetiletí intenzivního výzku-mu na poli rostlinné biologie vedla k pře-kvapivému závěru: v evoluci vyšších rostlinsehrála a sehrává klíčovou roli polyploidie.Polyploidie je především záležitostí buněč-ného jádra, ačkoli její dopady jsou patrné nacelém organismu. Zatímco diploidní jádro(2n) normální somatické buňky obsahujedvě sady chromozomů (jednu sadu odmatky a jednu od otce), v polyploidnímjádře jsou přítomny tři a více stejných (auto-polyploidie) nebo odlišných (alopolyploi-die) chromozomových sad (3n a více). Mezipolyploidní druhy patří řada hospodářskyvýznamných rostlin, a proto je porozuměníprocesům spojených s polyploidií u rostlinnezbytné. Navíc se dnes zjišťuje, že nejmé-ně 80 % recentních druhů krytosemennýchrostlin prošlo v minulosti alespoň jednímcyklem polyploidie.

Někteří zástupci obilovin a rostlin jakobavlník, kávovník, banánovník a tabák spa-dají mezi alopolyploidní rostliny, jejichžproblematikou se článek zabývá podrobně-ji. Buněčné jádro těchto rostlin obsahujechromozomové sady původem ze dvounebo více rostlinných druhů. Lilek bram-bor a vojtěška patří mezi autopolyploidnírostliny, u nichž došlo ke znásobení chro-mozomových sad téhož druhu. Genomysóji nebo kukuřice zase řadíme mezi paleo-polyploidní druhy, které prošly v minulostijedním nebo více cykly duplikace, i když sednes jeví na první pohled jako diploidní.Analýza kompletního genomu rostlinnéhomodelu huseníčku rolního (Arabidopsisthaliana) zase potvrdila, že i tak miniatur-ní genom obsahuje dvě nebo více kopiíněkterých genů, což svědčí o jeho poly-ploidní historii. Je nutné dodat, že se feno-mén polyploidie nevyskytuje pouze v rost-linné říši, přestože právě zde je nejvícerozšířen. Minimálně jedno zdvojení chro-

mozomových sad bylo odhaleno např. u kva-sinek a dokonce i v historii obratlovců včet-ně člověka.

Vznik a vývoj alopolyploidních rostlinných genomů

Příslušníci různých druhů se mezi sebouzpravidla nekříží. Kdyby to bylo možné,byla by větší část naší planety obydlenamezidruhovými hybridy. Příroda však vy-tvořila řadu bariér, které brání buď samot-nému mezidruhovému křížení, nebo vedouke snížení životnosti zárodku hybridů čik potlačení jejich fertility. Existence alopo-lyploidních druhů však svědčí o tom, že vevýjimečných případech mohou být tytobariéry překonány.

Alopolyploidní druhy vznikají kříženímdvou více či méně příbuzných druhů (mezi-druhové křížení, vzdálená hybridizace, obr.1). Genomy rodičovských druhů, tedydruhů vstupujících do mezidruhového kří-žení, jsou sice podobné, avšak ne zcelaidentické (homologní). Genetická rozdíl-nost spočívá především v typu, počtua uspořádání genů na chromozomech

Polyploidie dokáže s rostlinnýmigenomy pořádně zatřást

Kamila Skalická

50 živa 2/2005www.cas.cz/ziva

Vlevo rostliny tabáku Nicotiana sylvestris, N. to-mentosiformis a F1 hybridi připravení v labora-toři molekulární epigenetiky Biofyzikálníhoústavu AV ČR v Brně mezidruhovým kříženímN. sylvestris (mateřská rostlina) × N. tomentosi-formis (pylový dárce). Hybridní rostliny se blížísvým fenotypem částečně N. tomentosiformisa částečně přirozenému tabáku, což napovídá,že křížení proběhlo úspěšně © Donor otcovskéhogenomu N. tomentosiformis, vpravo

Nicotiana sylvestris

F1 hybridní rostliny

Page 2: Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně ...ziva.avcr.cz/files/ziva/...dokaze-s-rostlinnymi-genomy-poradne-za.pdf · (obr. 3). Genomy tabáku a jeho rodičov-ských

a v organizaci negenových oblastí. Odlišnýmůže být i počet chromozomů. Podmín-kou úspěšného mezidruhového křížení,které může dát vznik novému biologické-mu druhu, je duplikace rodičovských chro-mozomů. Všichni, kdo máme zahrádku,jistě dobře víme, že komerčně úspěšné F1hybridy plodin, které mají výhodné agro-nomické parametry, nejsou schopny sedále rozmnožovat. Podívejme se, pročtomu tak je.

Potomstvo prostého mezidruhového kří-žení (generace F1) je sterilní (obr. 2), pro-tože v buněčném jádře je přítomna pouzejedna sada chromozomů od každého rodi-če a při vzniku pohlavních buněk docházík poruchám meiotického párování. Výsled-kem takového dělení jsou pohlavní buňkys nevyváženou kombinací a počtem chro-mozomů, takže jsou buď neživotné samyo sobě, nebo po jejich splynutí vzniká záro-dek, který není schopen dalšího vývoje.Teprve po zdvojení rodičovských chromo-zomových sad se rostlina může stát fertilní,protože hybridní jádro obsahuje čtyři chro-mozomové sady, vždy dvě a dvě od kaž-dého rodičovského druhu. V meióze paknedochází k poruchám, protože se mezisebou přednostně párují homologní (part-nerské) chromozomy.

Duplikace chromozomových sad probí-há v zásadě dvěma cestami. První, v příroděasi častější způsob, je oplození neredukova-nými gametami (obr. 1). Skutečně se proká-zalo, že některá pylová zrna obsahují dvoj-násobný počet chromozomů a mají tedyjádra diploidní (2n) namísto normálníchhaploidních (n). Druhý způsob předpoklá-dá duplikaci chromozomů až po oplození— v embryu nebo později během vývojerostliny. Tento způsob je často využíván vešlechtitelství, kde se ke znásobeních chro-mozomových sad používají chemikálie(např. kolchicin), které brání rozestupuchromozomů k pólům dělící se buňky.

Alopolyploidní potomstvo se často lišíod rodičovských druhů. Byl pozorovánvznik nových vlastností, jako je odolnostvůči škůdcům a vnějšímu stresu, nepohlav-ní způsob rozmnožování, jinak načasovanékvetení, změna velikosti a tvaru buněki celých orgánů. Tyto vlastnosti napomáha-jí nově vzniklému hybridu osídlit nové nikynebo se rychle přizpůsobit měnícím sepodmínkám prostředí. Projev (fenotyp)některých vlastností hybrida může převy-šovat projev jednoho nebo obou rodičů.Pokud převyšuje oba rodiče, jde o tzv. hete-rózní efekt.

Během svého vzniku hybrid překonávátrauma, které souvisí s přítomností jen čás-tečně podobných rodičovských genomův hybridním jádře a s následným zdvojenímrodičovských chromozomových sad (dvoj-násobný objem DNA a chromatinu). Sku-tečně studium celé řady alopolyploidníchmodelových druhů ukázalo, že výše zmíně-ný stres může být provázen rozsáhlýmia nevratnými změnami rodičovských geno-mů přítomných ve společném jádře. Jdeo změny rychlé, které nastávají bezpro-středně po vzniku hybridního jádra, neboo změny pozvolné, pozorovatelné až podesítkách, stovkách a více generacíchalopolyploidního druhu. Výsledkem změnrodičovských genomů je stabilizace geno-mu hybrida a tudíž i jeho vlastností, cožmůže vést k udržení nového druhu v pří-rodě. Mezi obvyklé změny rodičovskýchgenomů patří vedle bodových mutací pře-

devším makromutace, tj. přestavby geno-mů vzniklé zmnožením nebo delecí (vy-mizením) sekvencí DNA a nereciprokýmivýměnami genetického materiálu mezichromozomy. Další reakcí na stres je akti-vace mobilních elementů, které jsou v rost-linných genomech hojně zastoupeny. Před-pokládá se, že právě relativní nadbytekgenů, rozdělení jejich funkcí a vzájemnéinterakce na úrovni DNA, RNA i bílkovinmůže mít souvislost s evoluční úspěšnostípolyploidů. Nicméně „geny navíc“ musíbýt komplikovaným způsobem reguloványprostřednictvím genetických a epigenetic-kých mechanismů.

Jednou z možností, jak se zbavit nadby-tečných genů jednou provždy, jsou rozsáh-lé eliminace úseků na chromozomech.Tyto změny často vedou ke zmenšení veli-kosti hybridního genomu (velikost genomualopolyploida je menší než součet velikostígenomů rodičů) a k postupné diploidizacihybrida. Epigenetické změny na rozdíl odzměn genetických (mutací) nepostihují nu-kleotidovou sekvenci DNA, ale ovlivňujívyjádření genů pomocí modifikací, k nimžřadíme metylaci DNA, modifikace histonů(chromozomálních proteinů vázajících sena DNA) a sbalování chromatinu. Výhodou

Obr. 1 Schéma vzniku alopolyploidního druhu(jehož jádra somatických buněk obsahují třia více stejných chromozomových sad). Do příbu-zenského křížení vstupují diploidní druhy A a B.Jejich genomy jsou navzájem jen částečně podob-né. Po splynutí pohlavních buněk (n) vzniká ste-rilní F1 hybrid. Fertilita hybrida je znovuobno-vena po zdvojení chromozomových sad. DruhyA a B mohou produkovat v malém množství nere-dukované gamety (2n), po jejichž splynutí vznikápřímo fertilní alopolyploid © Obr. 2 Vedle pro-dukce semen je jedním z ukazatelů míry fertilityrostlin jejich pylová charakteristika. Mezi sledo-vané parametry patří množství pylových zrn,jejich tvar, velikost a vitalita pylu (životnost,schopnost opylení a oplodnění). Vitální pylovázrna jsou větší, kulatá a barví se acetokarmínemčerveně (vitální barvení). Abortovaná pylová zrnase jeví jako svrasklá a acetokarmínem se nebarví.Všichni F1 hybridi tabáku připravení v našílaboratoři produkovali v porovnání s rodičovský-mi druhy a přirozeným tabákem malé množstvípylu, který obsahoval asi jen 5 % vitálních pylo-vých zrn (u fertilních rostlin je většina pylovýchzrn vitálních). I tato „na první pohled“ vitálnípylová zrna však měla na rozdíl od pylových zrnrodičovských druhů a tabáku nepravidelný tvara proměnlivou velikost, což svědčí o jejich sníženéživotaschopnosti. Měřítko je 100 µm

51živa 2/2005 www.cas.cz/ziva

1

2n 2n

meióza

zdvojení

splynutí gamet

splynutí gamet

sterilní F1 hybrid

zdvojeníchromozomovýchsad

fertilní alotetraploidneredukované gamety (2n)

druh A druh B

2 Nicotiana sylvestris Nicotiana tomentosiformis

Nicotiana tabacum F1 (N. sylvestris ×× N. tomentosiformis)

Page 3: Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně ...ziva.avcr.cz/files/ziva/...dokaze-s-rostlinnymi-genomy-poradne-za.pdf · (obr. 3). Genomy tabáku a jeho rodičov-ských

epigenetických změn může být skutečnost,že zdánlivě nepotřebné nadbytečné genymohou být podrobeny přírodnímu výběru.

Změny rodičovských genomů byly po-zorovány jen u některých alopolyploidníchdruhů. Studium modelových druhů, jako jetabák, obiloviny a bavlník, vedlo k závěru,že alopolyploidní genomy procházejí bě-hem svého vývoje aktivním procesem re-organizace, zatímco analýza některýchalotetraploidních druhů rodu brukev (Bras-sica) a poměrně mladých modelovýchdruhů Spartina anglica (tráva rostoucí naatlantských slaniskách) a kozí brada (Trago-pogon) žádné podstatnější změny rodičov-ských genomů zatím nepotvrdila. Otázkouzůstává, proč jsou tyto výsledky tak proti-chůdné. Spuštění či potlačení procesugenomových změn může souviset s mírouodlišnosti na úrovni DNA a s evoluční vzdá-leností genomů vstupujících do mezidruho-vého křížení, ale také s různou genetickoustabilitou a typem (gen, negenová oblast)analyzovaných sekvencí.

Užitečný tabák

Oblíbeným genetickým modelem alo-polyploidních rostlin je rod tabák (Nicotia-na), který je se 74 druhy přirozeně sevyskytujícími v Americe, Austrálii a Africečtvrtým největším rodem čel. lilkovitých(Solanaceae). V Biofyzikálním ústavu Aka-demie věd v Brně se výzkumu genetikyrodu Nicotiana věnuje dlouholetá pozor-nost. Asi nejznámějším alopolyploidem jeNicotiana tabacum, známý jako tabákvirginský. Tento alotetraploidní druh vzniklv Jižní Americe (Peru, Bolívie) asi před10 000 lety křížením předků recentníchdiploidních druhů N. sylvestris (mateřskárostlina, donor mateřského genomu)a N. tomentosiformis (pylový dárce, donorotcovského genomu) a je možné, že u jehovzniku stál člověk. Lidé před 10 000 letysamozřejmě nemohli tušit, že se tabákstane vyhledávaným genetickým modelem.Pravým důvodem jeho vyšlechtění mohlabýt myšlenka vhodně kombinovat omamnévlastnosti N. sylvestris s víceletostí N. to-mentosiformis. Vedle tabáku virginského

jsou dále studovány alotetraploidní druhyN. rustica a N. arentsii. V porovnání s alo-tetraploidními druhy rodu kozí brada,jejichž populace pravděpodobně vznikajív dnešní době, jsou hybridi r. Nicotianavývojově starší. Avšak i zde cytogenetickáanalýza odhalila přítomnost relativněintaktních rodičovských genomů v jádře(obr. 3). Genomy tabáku a jeho rodičov-ských druhů jsou podrobně prostudoványpomocí analýz jaderných, chloroplastovýcha mitochondriálních sekvencí i pomocícytogenetických metod, proto je tabákvhodným modelem ke studiu rostlinné spe-ciace (procesu vzniku druhů) a evolucegenomů.

Vývoj tabáku je detektivka

Genomy r. Nicotiana jsou podobně jakogenomy většiny vyšších rostlin bohaté narepetitivní (opakující se) DNA sekvence.Tyto sekvence se vyskytují v genomech ve

více kopiích (řádově desítky až miliony)a mohou být uspořádány tandemově (zasebou) nebo jsou rozptýlené. Na rozdíl odgenů, které obsahují informaci o struktuřebílkovin nebo mají regulační funkci, jsourepetitivní sekvence zpravidla nekódujícía podílejí se na uspořádání chromatinuv buněčném jádře, ovlivňují stabilitu a pro-jev některých genů, kontrolují integritukonců chromozomů a účastní se procesubuněčného dělení. Mezi repeticemi častonajdeme i pozůstatky mobilních elementůa virových sekvencí. Repetitivní DNA zabírávětšinu genomu — zpravidla více než 90 %,takže se v ní geny takřka ztrácejí. Repetitiv-ní sekvence také mnohem častěji podléhajízměnám, které pro ně nejsou tak fatálníjako pro geny, které musí zachovat svoukódující schopnost. Obecně platí, že sei velmi blízce příbuzné rostlinné druhy lišítypem, uspořádáním nebo počtem kopiírepetitivních sekvencí.

U r. Nicotiana byla pomocí molekulár-ních a cytogenetických metod izolovánaa charakterizována celá řada DNA repetic.Některé z nich najdeme pouze v genomuN. sylvestris, jiné jsou charakteristické prodruh N. tomentosiformis. Přestože se rodi-čovské genomy u tabáku jeví na prvnípohled neporušené (obr. 3), porovnánígenomu tabáku s genomy rodičovskýchdruhů ukázalo, že některé repetitivnísekvence rodičovského původu zůstalyu tabáku zachovány a jiné nikoli. Některérepetice byly z genomu tabáku částečněnebo úplně eliminovány, u jiných sekvencídošlo zase ke změně počtu kopií. Např.genom N. tomentosiformis (donor otcov-ského genomu tabáku) obsahuje o mnohovíce kopií sekvencí virového původu nežgenom tabáku. Podobně tomu je v případěrepetitivní sekvence homologní s částíribozomální DNA (obsahuje informacio ribozomálních RNA, které společněs řadou bílkovin tvoří ribozom). Analýzavybraných repetitivních sekvencí vedlak závěru, že zatímco sekvence původemod matky (N. sylvestris) zůstaly nedotčeny,většina pozorovaných změn se týkala repe-tic otcovského původu (N. tomentosifor-mis). Příčiny nestability otcovského ge-nomu nejsou zatím objasněny, nicméně

Obr. 3 V jádře tabáku jsou přítomny z makro-skopického hlediska téměř neporušené rodičov-ské genomy. K barvení chromozomů byla použi-ta molekulárně cytologická metoda, kterávyužívá jako sondy celé genomy (genomovouDNA) tabáku N. sylvestris (zelená barva)a N. tomentosiformis (červená barva). Oblastitandemově uspořádaných ribozomálních genů(jadérko), jejichž sekvence je společná oběmadruhům, se barví žlutě (vazba červené i zelenésondy). Foto K. Y. Lim a A. R. Leitch, Schoolof Biological Sciences, Queen Mary, Universi-ty of London © Obr. 4 Schéma přípravy synte-tického tabáku. U mateřské rostliny N. sylve-stris je zabráněno samoopylení odstraněnímtyčinek před otevřením květu (kastrace). Nazralou bliznu je pak opakovaně nanášen pyl N.tomentosiformis. Jedním ze způsobů jak dosáh-nout znásobení chromozomových sad u F1generace, je spontánní duplikace chromozomův kalusové kultuře (tkáňová kultura nediferen-covaných buněk listu), z které pak regeneruje-me rostliny. Touto cestou vznikla tabákoválinie Th37. Naši alotetraploidní hybridi tabá-ku byli připraveni působením inhibitorů tvor-by dělícího vřeténka na kalusové buňky. Sním-ky a orig. K. Skalické

C M Y K

52 živa 2/2005www.cas.cz/ziva

3 4Nicotiana sylvestrismateřská rostlina

Nicotiana tomentosiformispylový dárce

linie syntetickéhotabáku

zdvojení chromozomových sad

tkáňová kultura×

Page 4: Polyploidie dokáže s rostlinnými genomy pořádně zatřást ně ...ziva.avcr.cz/files/ziva/...dokaze-s-rostlinnymi-genomy-poradne-za.pdf · (obr. 3). Genomy tabáku a jeho rodičov-ských

Roztroušená skleróza (RS) je chronickézánětlivé onemocnění centrálního nervo-vého systému (CNS), které postihuje pře-vážně lidi v produktivním věku a častovede následkem trvalého postižení pohy-bového či smyslového aparátu k částečné,nebo úplné invaliditě pacientů. Tato choro-ba se stává závažným zdravotním problé-mem, neboť její výskyt se v mnoha zemíchstále zvyšuje, postihuje hlavně mladé lidi,výrazně zhoršuje kvalitu jejich životaa vyžaduje dlouhodobou a nákladnou zdra-votní péči.

RS je rozšířena po celém světě. Prů-měrný výskyt nemoci je přibližně 7 přípa-dů/100 000 obyvatel/rok, průměrná čet-nost je 120 nemocných/100 000 obyvatel.Má řadu klinických forem lišících se průbě-hem nemoci i histopatologickým obrazem.Z hlediska průběhu onemocnění se rozlišu-jí dva základní typy RS: primární progresiv-ní RS, která je typická rychlým nástupema akutním průběhem zánětu, a remitentní

forma, kdy jsou jednotlivé ataky zánětu stří-dány s obdobími remise, během nichždochází k ústupu projevů a k částečnéobnově poškozených nervů. Klinické nále-zy u různých forem RS jsou natolik odlišné,že na ni v současné době neurologovépohlížejí spíše jako na skupinu několikaonemocnění, majících možná i různé příči-ny. Přestože byla v posledních letech vyvi-nuta řada nových léčebných přístupů, spo-lehlivou efektivní léčbu této choroby zatímneznáme.

Co víme o příčinách vznikuroztroušené sklerózy

Příčina vzniku RS pravděpodobně neníjediná. Onemocnění se rozvine při spolu-působení více faktorů, které zatím nejsoujednoznačně definovány. Důležité jsougenetické předpoklady, ale zřejmě i někte-ré faktory vnějšího prostředí. Mohou to býtfaktory fyzikální (např. teplota, délka slu-

nečního svitu aj.), chemické (např. látkyobsažené v potravě) nebo infekce. Významgenetické predispozice ukazují studievýskytu RS u jednovaječných dvojčat: Přionemocnění jednoho ze sourozenců jepravděpodobnost vzniku nemoci u druhé-ho sourozence 30%, tj. 50 000× vyšší nežv běžné populaci. Které geny jsou za toodpovědné, se zatím neví, ale předpokládáse, že to budou geny kódující některéz komponent imunitního systému. Bylanapř. prokázána spojitost RS s určitýmitypy histokompatibilitních antigenů MHC II(proteiny na povrchu buněk, které ovlivňu-jí rozpoznávání cizích bílkovin imunitnímsystémem).

Vliv faktorů vnějšího prostředí doku-mentují epidemiologické studie. Ukazujínapř., že výskyt RS není ve všech oblastechsvěta stejný: vysoký výskyt RS je v sever-ských státech (Skandinávie, Kanada), kdež-to v jižních zemích (Afrika, Orient) je na-opak tato nemoc vzácná. Výskyt RSu obyvatel, kteří se přestěhovali z oblastívysokého výskytu do oblastí nízkého vý-skytu je zpočátku vyšší než u domorodců,během následujících generací se však sni-žuje. U lidí, kteří imigrovali v dospělosti, jevyšší než u těch, kteří se přestěhovaliv dětství.

O možné úloze infekčních agens svědčíhromadný pseudoepidemický výskyt RSv některých lokalitách — např. na Islandu,Shetlandských či Faerských ostrovech. Jepopsán též skupinový výskyt RS v rodi-nách, a to i u nepřímých příbuzných, např.u obou manželů.

existují dvě možná vysvětlení. Sekvencepůvodem z N. tomentosiformis mohou býtpřirozeně náchylnější ke změnám. Obecněčastěji dochází ke změnám evolučně mla-dých sekvencí, jako jsou např. sekvencevirového původu a druhově specifickérepetitivní sekvence. Je možné, že právěgenom N. tomentosiformis na rozdíl odN. sylvestris patří ke genomům, které sevyvíjejí rychleji, obsahují více evolučněmladých sekvencí a tím pádem jsou méněstabilní. Náchylnost otcovského genomuke změnám může být také dána vlivemmateřské cytoplazmy, s níž přichází otcov-ský genom do kontaktu po splynutí rodi-čovských pohlavních buněk.

Syntetické hybridy aneb hra na stvořitele

V poslední době se věnuje značná po-zornost analýze syntetických rostlinnýchhybridů, tedy hybridů uměle připravenýchčlověkem. Syntetické druhy jsou vhodnýmmodelem pro sledování změn, které na-stávají během prvních okamžiků po vznikualopolyploida. Hlavní výhodou oprotipřirozeným modelům je dostupnost a po-drobná znalost výchozích rodičovskýchdruhů, které mimo jiné nejsou přesněznámy ani u tabáku. Na rozdíl od přiroze-ných druhů můžeme u syntetických hyb-ridů s jistotou určit, zda ke změnám ro-dičovských genomů opravdu došlo ažběhem vzniku alopolyploidního jádra.V neposlední řadě mohou mít uměle při-pravené hybridy hospodářsky výhodnéagronomické parametry a představovat takalternativu ke geneticky modifikovanýmrostlinám. Hybridní plodiny jsou totiž vět-šinou sterilní, což výrazně snižuje riziko

jejich rozšíření do volné přírody. Intenziv-ně zkoumaným syntetickým modelem jeskupina obilovin, u kterých docházík bouřlivým změnám bezprostředně posplynutí rodičovských pohlavních buněk(generace F1). Pro tyto hybridy je charak-teristická ztráta genetického materiálu,což vede k již zmíněnému zmenšováníhybridních genomů.

Většina pokusů o rekonstrukci tabákové-ho genomu skončila neúspěšně. Příčinouje patrně velká evoluční vzdálenost rodi-čovských druhů. Evoluční větve vedoucík současným druhům N. sylvestris a N. to-mentosiformis se totiž oddělily asi před 10miliony lety. I v naší laboratoři jsme sepokusili o přípravu vlastního syntetickéhotabáku a byli jsme úspěšní. Provedli jsmekřížení moderních druhů N. sylvestris(donor mateřského genomu) a N. tomento-siformis (donor otcovského genomu) a zís-kali jsme velké množství klíčivých semen.F1 generace tabákových kříženců i alotetra-ploidní rostliny, u kterých jsme dosáhlizdvojení chromozomových sad v podmín-kách in vitro pomocí aplikace inhibitorůtvorby dělícího vřeténka, se celkovýmvzrůstem, tvarem i barvou květů podobalypřirozenému tabáku. Všechny analyzovanérostliny byly sterilní. Je třeba zdůraznit, žekaždá ze 150 rostlin, které jsme nechalivykvést, měla několik stovek květů a přestonevzniklo ani jediné semeno. Sterilitu F1hybridů vysvětlíme již výše zmíněnýmiporuchami párování chromozomů v meió-ze. Neschopnost alotetraploidů tvořit život-né gamety však svědčí o tom, že k navoze-ní fertility nestačí jen prostá duplikacechromozomových sad. Klíčovou roli zdepravděpodobně hrají procesy „přizpůsobe-ní“ rodičovských genomů, které mohou

zahrnovat rychlé a rozsáhlé genomickézměny. Analýza repetitivních sekvencí,kterou jsme již dříve provedli u přirozené-ho tabáku, jednoznačně potvrdila absencizměn v rodičovských genomech.

Dále jsme sledovali osud repetic charak-teristických pro rodičovské genomy u linieTh37. Tato linie syntetického tabáku bylapřipravena v 70. letech 20. stol. kříženímN. sylvestris (donor mateřského genomu)a N. tomentosiformis (donor otcovskéhogenomu) a jde o jednu z mála dostupnýchtabákových linií. U čtvrté generace tétolinie jsme k našemu překvapení genomickézměny objevili. Otcovský genom bylv porovnání s mateřským genomem náchyl-ný ke změnám, tedy stejně jak je tomuu přirozeného tabáku. Některé změny seshodovaly se změnami pozorovanými u při-rozeného tabáku, zatímco jiné byly charak-teristické jen pro syntetický tabák. Tomůže souviset s tím, že do mezidruhovéhokřížení vstupovaly moderní druhy N. syl-vestris a N. tomentosiformis, které nejsouzcela shodné s rodičovskými druhy přiro-zeného tabáku.

Co říci závěrem? Výsledky intenzivníhovýzkumu na poli přirozených i syntetic-kých rostlinných hybridů napovídají, žepolyploidní genomy nejsou statické. Na-opak se mohou během svého vývoje cho-vat jako dynamické a vnitřně nestabilnísystémy, které jsou schopné rychle a citlivěreagovat na změny prostředí jak náhodný-mi, tak i částečně nenáhodnými změnamisvé struktury. Analýza repetitivních sekven-cí u tabáku přispívá jen jedním střípkem dosložité a ještě velmi neúplné mozaikypoznatků o chování polyploidů. Námnezbývá nic jiného, než se stále pokoušettuto mozaiku doplňovat.

C M Y K

53živa 2/2005 www.cas.cz/ziva

Virya roztroušená skleróza

Kateřina Roubalová


Recommended