Olomoučtí vědci zjistili, co může u rostlin ovlivňovat vývoj semen. Rozluštili funkci důležitého genu.

Vědecká skupina z Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB AV ČR, které je součástí Centra regionu Haná pro zemědělský a biotechnologický výzkum, navázala pod vedením Aleše Pečinky na svůj dřívější výzkum jednoho z proteinových SMC komplexů, které se podílejí na uložení chromozomů v buněčném jádře. Už tehdy olomoučtí vědci objevili u huseníčku rolního gen, který souvisí s tvorbou semen.  Nyní, po dalších dvou letech bádání, dokáží přesně popsat proces, který je nutný ke vzniku kvalitních a života schopných semen. 

Obr. 1 Pylová zrna standardních a mutantních rostlin. Mutant v genu NSE má méně živých (zeleně nabarvených) zrn. Rozdílná velikost pylových zrn u mutanta je ovlivněna různým množstvím dědičné informace.

Vědce čekala náročná práce. „Nejprve jsme se snažili zjistit, jestli se vlohy ke špatnému vývoji semen dědí od obou rodičů nebo jenom od jednoho z nich. Překvapilo nás, že poškozená semínka vznikají pouze z otcovské strany, že je tedy způsobuje pouze dědičná informace otce. To nás navedlo k dalšímu kroku, podrobně jsme se zaměřili na výzkum pylových zrn.  Zjistili jsme, že zkoumané rostliny netvoří pravidelná oválná a stejně velká pylová zrna ale naopak velmi různorodá, od poměrně malých až po hodně velké,“ vysvětluje Fen Yang z výzkumného týmu.  Tento výsledek nasměroval badatele dál, začali zkoumat redukční dělení buňky, tzv. meiózu. A právě tehdy se objevily nesmírně zajímavé výsledky, které vedly podle vedoucího výzkumné skupiny Aleše Pečinky k průlomu: „Ukázalo se, že při dělení buňky docházelo k chybám a přeskočení určitých procesů.  Výsledkem bylo, že přibližně třetina nových pohlavních buněk získala deset otcovských chromozomů místo obvyklých pěti a pylová zrna, která je obsahovala, byla proto mnohem větší.“ Pokud došlo k oplodnění vajíčka, vzniklo podle Pečinky embryo, které mělo dvě místo jedné kopie otcovské dědičné informace. „Zjistili jsme, že takové semínko se pak většinou vůbec nevyvinulo. Pokud ano, bylo abnormálně velké a netvořilo zásobní látky.

Obr. 2 Nezralá semínka standardních a NSE2 mutantních rostlin huseníčku rolního. Standardní rostliny mají pravidelná zelená semena. Mutantní rostliny tvoří také semena, která jsou zprvu bledá (naznačeno žlutými šipkami), později svraskalá a neživotná. Tato semena obsahují přílišné množství otcovské dědičné informace

Tyto nové informace předčily podle vedoucího laboratoře a laureáta Národní ceny vlády Česká hlava prof. Jaroslava Doležela veškerá očekávání a budou mít velký dopad do zemědělské praxe: „Prohloubili jsme znalosti o fungování proteinového komplexu SMC 5/6, kterému se nyní ve světě věnuje velká pozornost.  Díky tomuto objevu můžeme mnohem lépe pochopit mechanismus odpovídající za redukční dělení buňky, které přímo ovlivňuje tvorbu semen. To je pro šlechtitele i zemědělce velmi důležitý proces, který nyní mají možnost ovlivnit.  Studium tohoto zajímavého genu tak může přispět k tvorbě nových odrůd plodin s vyššími výnosy.“

Olomoučtí vědci budou ve výzkumu dále pokračovat.  Nyní budou chtít zjistit, proč dochází k tomu, že neproběhne redukční dělení.  Jak potvrzuje Aleš Pečinka, už nyní mohou vyloučit některé faktory:  „Zatím předpokládáme, že by na vině mohla být narušená organizace vlákének, která táhnou chromozomy nebo sesterské chromatidy k opačným pólům buňky. Nebo je možné, že se chromozomy dělí hodně pomalu, takže se buňka rozhodne přistoupit k dalšímu kroku, aniž by k  rozdělení došlo.  To jsou zatím jen hypotézy, které budeme testovat.“