Neobyčejná genetika obyčejných šípků – umí dělit lichý počet chromozomů

Většina rostlin má sudý počet chromozomových sad, lichý může způsobovat problémy při rozmnožování a vede až ke sterilizaci. Poměrně běžná růže šípková ale má sad pět. Mezinárodní tým s účastí vědců z Biofyzikálního ústavu AV ČR v časopise Nature popsal neobvyklý, nicméně funkční způsob, jak růže při rozmnožování tyto liché sady „rozdělí svým potomkům“. Výzkum by mohl přispět třeba ke šlechtění.

Růže šípková (Rosa canina) je běžný druh růže, která je známá svými červenými, oranžovými nebo žlutými plody nazývanými šípky. Zatímco naprostá většina sexuálně se rozmnožujících organismů získává od rodičů po jedné chromozomové sadě, což zajišťuje meiotické dělení, tj. produkci buněk se zredukovaným počtem chromozomů, u růže šípkové Rosa canina, která má lichý (5n) počet chromozových sad, je to jinak: po mateřské linii se dědí čtyři chromozomové sady, zatímco po otcovské jen jedna.

Klíčovou roli v dědičnosti rostlinných chromozomů, tedy v tom, jak se sady rozdělí, hraje u růže šípkové velikost centromery – centrální části chromozomu.

Zjistil to mezinárodní výzkumný tým vedený André Marquesem z Max Planckova institutu pro výzkum šlechtění rostlin v Kolíně nad Rýnem v Německu, Christiane Ritzovou ze Senckenbergského muzea přírodních věd v Görlitzu v Německu a Alešem Kovaříkem z Biofyzikálního ústavu Akademie věd České republiky. V nové studii, publikované v časopisu Nature, prokázali, jak velikost centromer celý proces dělení ovlivňuje.

„Pomocí pokročilých technologických přístupů a mikroskopické a genomické analýzy pylu jsme zjistili, že dvě chromozomové sady se v meiose párují (tvoří bivalenty) a příslušné haploidní sady (1n) jsou děděny od obou rodičů. Tři sady se však nepárují, poněvadž nemají rovnocenného partnera, a dědí se jako univalenty, nespárované chromozomy, po mateřské linii,“ popisuje Aleš Kovařík.

Solitéři z mateřské linie se snadněji „vlepí“ do nové buňky

Klíč pro tento neobvyklý průběh dědičnosti se zdá být zakódován ve struktuře speciálních chromozomových úseků, centromer, které jsou kritické pro rozdělení a přenos genetického materiálu na potomstvo. Vědci zjistili, že ony nepárující se chromozomy mají centromeru složenou tak, že jsou mnohem silněji přitahovány k mitotickému neboli dělicímu vřeténku.

„Zjednodušeně řečeno – mitotická vřeténka slouží jako takové molekulární navijáky pro chromozomy. Ulovený chromozom se následně rozdělí a vytvoří novou buňku. Nepárové mateřské chromozomy se k mitotickým vřeténkům ‚nalepují‘, jako kdyby měly mezi sebou silný magnet,“ přibližuje Aleš Kovařík. „Výsledkem je, že jedna dceřiná buňka má všechno a druhá nic (vítěz bere vše). Jedná se o ukázkový příklad meiotického drajvu, kdy při meiotickém dělení vítězí chromozomy se silnější centromerou.“

Vzhledem k tomu, že většina hospodářsky významných plodin (např. pšenice, řepka, bavlna, banán, káva) je polyploidní (s více než dvěma sadami chromozomů), práce vědců by mohla přispět ke šlechtění a pochopení mechanismů jejich reprodukce a ke zkoumání biodiverzity.

Název publikace a autorský kolektiv:

Bimodal centromeres in pentaploid dogroses shed light on their unique meiosis

Herklotz, V.^1*, Zhang, M.^2*, Nascimento, T.^2*, Kalfusová, R.³, Lunerová, J.³, Fuchs, J.⁴, Harpke, D.⁴, Huettel, B.⁵, Pfordt, U.², Wissemann, V.⁶, Kovařík^3#, A., Marques, A.^2,7,#, Ritz, C. M.^1,8,9,#

Přečtěte si také

• Kosmickému záření na nejvyšších energiích dominují těžké kovy
• První umělé zatmění Slunce – s českou účastí
• Vědci krotí houbu, smrtelně nebezpečnou pro oslabené pacienty
• Nová role známého genu: CDK12 je nezbytný pro zrání vajíček a plodnost
• Čeští vědci potvrdili masivní přemnožení invazního sumce v jižním Španělsku
• Platy učitelů v roce 2024 a výhled: na horské dráze
• Archeologické léto zve letos do Šikmého kostela, na vykopávky i k experimentům
• Solarografický meeting 2025 – mezi vědou a uměním
• Čeští vědci detekovali požáry v kanadských lesích
• Nejcennější nálezy z výzkumu před stavbou Pražského okruhu