Přelomový úspěch: Vědci přečetli celý genom pšenice. Klíčovou roli hráli experti z Olomouce

Po třinácti letech intenzivní mezinárodní spolupráce se dvěma stovkám vědců z dvaceti zemí podařilo získat velmi přesný a hlavně kompletní genom nejrozšířenější zemědělské plodiny: pšenice seté. Informovalo o tom Mezinárodní konsorcium pro sekvenování genomu pšenice (IWGSC) v článku publikovaném v prestižním vědeckém časopise Science. Zásadní roli ve výzkumu hráli i vědci z České republiky.

Tento objev poslouží vědcům i šlechtitelům, kteří díky němu budou moci rychleji šlechtit odrůdy pšenice s lepšími vlastnostmi - může to výrazně pomoci například s přizpůsobením rostlin na klimatickou změnu. Velký podíl na tomto úspěchu mají olomoučtí vědci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR:

Přečtení dědičné informace pšenice seté bylo dlouho považováno za nemožné kvůli její enormní velikosti, která je představována téměř sedmnácti miliardami písmen dědičného kódu. Složitost dědičné informace pšenice, která je pětkrát větší než u člověka, je dána tím, že se skládá ze tří navzájem podobných subgenomů a také tím, že většina genomu je tvořena mnohokrát se opakujícími úseky DNA.

To a také fakt, že ji vědci musí číst po malých úsecích, podle vedoucího Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB AV profesora Jaroslava Doležela velmi ztěžuje správné sestavení dědičné informace:

„Můžeme to přirovnat k situaci, kdy bychom rozstříhali tři vydání stejné knihy ve velmi podobných jazycích na úseky kratší než jedna věta, tyto kousíčky smíchali a museli knihy sestavit do původní podoby. Jsem nesmírně rád, že se to u tak velkého genomu, jaký má pšenice, podařilo. Nebylo by to samozřejmě možné bez rozsáhlé mezinárodní spolupráce. Na tomto výzkumu se podílelo 73 vědeckých pracovišť, která využívala různé metody, sdílela výsledky a vyměňovala si zkušenosti,“ uvedl rostlinný genetik Jaroslav Doležel.

K čemu to? Pšenice jako stavebnice

Dokončená referenční sekvence genomu pšenice poskytuje šlechtitelům nové možnosti pro řešení závažných problémů souvisejících s potravinovou bezpečností. Pšenice je základní potravinou pro více než třetinu světové populace. V roce 2050 stoupne počet obyvatel zeměkoule na 9,6 miliard a pro zajištění jejich výživy je nutné každoročně zvyšovat výnos pšenice o 1,6 procenta. Protože ale ubývá půdy a mění se klima, nebude toho možné dosáhnout bez nových odrůd s lepšími vlastnostmi.

Díky podrobné znalosti dědičné informace pšenice mohou nyní šlechtitelé rychleji rozpoznat geny odpovídající za výnos, kvalitu zrna, odolnost vůči chorobám a škůdcům a také geny umožňující lépe překonávat období sucha. V budoucnu bude mít tento výsledek velký význam při využívání nových metod genetických modifikací - s pokročilými metodami genetického inženýrství bude možné využít písmena abecedy pšenice jako stavebnici, z níž si vědci vezmnou vždy tu kostičku, kterou potřebují.

Velikost genomu pšenice
Zdroj: ČT24

Získání referenční sekvence genomu pšenice je také důležité pro základní výzkum, jehož cílem je objasnit funkci jednotlivých částí dědičné informace a jejich vliv na růst a vývoj této plodiny. První výsledky získané díky referenční sekvenci byly zveřejněny v dalších šesti publikacích, které byly publikovány ve stejný den jako hlavní článek; jedna ve stejném čísle časopisu Science, jedna v časopise Science Advances a čtyři v časopise Genome Biology.

Nahrávám video

Významný podíl vědců z Olomouce: bez nich by to nešlo

Olomoucké pracoviště bylo v roce 2003 jedním ze zakládajících členů mezinárodního konsorcia IWGSC a v obrovském mezinárodním projektu hrálo klíčovou roli. Celý výzkum byl totiž postavený na metodě třídění chromozomů pomocí průtokové cytometrie, kterou vyvinuli právě olomoučtí vědci a kterou rutinně používají jako jediní na světě. Tento postup umožnil rozdělit velkou a složitou dědičnou informaci na menší části – chromozomy, což velmi zjednodušilo čtení DNA a následovné uspořádávání přečtených úseků. Olomoucká laboratoř tak dodávala DNA jednotlivých chromozomů spolupracujícím laboratořím v různých částech světa.

Dějiny sekvenování genomu
Zdroj: ÚEB

Dalším přínosem české vědy byla příprava takzvaných BAC knihoven, díky kterým bylo možné číst delší úseky textu dědičné informace, což velmi usnadnilo sestavování genomu. Také v přípravě BAC knihoven z izolovaných chromozomů drží olomoučtí vědci světový primát a dosud jsou v jejím využívání považováni za nejlepší na světě. Ve speciálních mrazících boxech uchovávají při teplotě –80° C na 2,5 milionu klonů DNA pšenice.

V neposlední řadě se olomoučtí vědci úspěšně věnovali i samotnému sekvenování tří z jednadvaceti chromozomů pšenice. Během posledních let se do výzkumu zapojili také jinými moderními metodami, například optickým mapováním.

Modelovou odrůdou byla pšenice setá „Chinese Spring“

Cílem dlouholetého projektu bylo získat celou takzvanou referenční sekvenci pšenice odrůdy „Chinese Spring“. Nová zjištění doplňují mnoho bílých míst v genomu pšenice, jehož pracovní verze byla publikována v roce 2014. Nyní vědci znají sekvence všech 21 chromozomů pšenice, stejně jako přesné umístění 107 891 genů a více než 4 milionů molekulárních markerů.

Detaily průtokového cytometru
Zdroj: ÚEB

Nejnovější zjištění mezinárodní vědecké komunity považuje profesor Jaroslav Doležel za mimořádný úspěch: „Získali jsme celý a velmi přesný text dědičné informace pšenice. Nyní máme k dispozici sekvenci jedné odrůdy, se kterou můžeme snadno porovnávat sekvence jiných odrůd. Nemusíme je tedy znovu pracně sestavovat, rozdíly zjistíme velmi jednoduše.“

Před vědci nyní stojí další výzvy. Dosud genom zkoumali spíše jako lineárně seřazený sled písmen dědičného kódu. Ve skutečnosti je ale dědičná informace nesená molekulou DNA uspořádaná v trojrozměrném prostoru buněčného jádra o průměru asi několik tisícin milimetru a některé její části spolu interagují. Toto uspořádání lze přirovnat ke klubíčku, smotaném ze 42 třiceticentimetrových vláken. Najít oblasti vláken, které spolu interagují, je obtížné, ale vědci již mají vypracované postupy, jak je nalézt a blíže charakterizovat.

Chromozom po chromozomu
Zdroj: ÚEB

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Vydavatel: AI nejprve nahradí překladatele a ilustrátory

Šéfredaktor nakladatelství Tänapäev řekl estonskému ERR, že původní rukopisy vytvořené pomocí umělé inteligence (AI) jsou stále vzácné, ale že tato technologie už pronikla do překládání a ilustrací.
před 1 hhodinou

„Věčný“ sníh z vrcholků hor na Nové Guineji může zmizet do dvou let

V indonéské části ostrova Nová Guinea rychle mizí poslední zbytky „věčného sněhu“ z vrcholů hor nedaleko rovníku. Úbytek tamních ledovců je výrazným příkladem dopadů klimatických změn a dle odhadů expertů by tamní ledovce mohly do jednoho až dvou let zmizet úplně. Ještě před sto lety přitom pokrýval sníh a trvalý led všechny čtyři hlavní vrcholy 300 kilometrů dlouhého pohoří Sudirman, napsal server BBC.
před 21 hhodinami

Vláda USA hodlá rozvolnit normy pro efektivitu aut, aby ceny vozů klesly

Americké ministerstvo dopravy oznámilo, že dokončilo předpis, který má zvrátit normy pro efektivitu automobilů schválené za vlády předchozího prezidenta USA Joea Bidena. Současná vláda si od toho slibuje, že cena vozů pro koncové spotřebitele klesne. Část expertů ale varuje, že změny mohou poškodit postavení amerických automobilek na světovém trhu.
před 22 hhodinami

Pravěká svatyně Göbekli Tepe zřejmě nebyla spojená s kultem lebek

Archeologové oznámili, že našli vysvětlení, proč se v nejstarším kamenném sídle světa nacházelo tolik lidských ostatků. Příčina je podle nich mnohem méně romantická než různé kulty smrti, o nichž se spekulovalo.
29. 9. 2026‌‌

Vídeňští vědci testují na orbitě kvantový počítač

Kvantové počítače by mohly lidstvu vyřešit spoustu jeho problémů. Na oběžné dráze mohou například zjednodušit a posílit posílání informací přes satelity. Už rok to testuje skupina expertů z Vídeňské univerzity, která se pokouší tuto technologii zkoušet v těch nejobtížnějších podmínkách.
29. 9. 2026‌‌

Vědci vytvořili kopii oceánu Enceladu a vypustili tam pozemské mikroorganismy

Na Saturnově měsíci Enceladu by pod ledovým příkrovem, v tamním hlubokém oceánu, mohly přežívat i pozemské organismy. Potvrdil to experiment berlínských vědců, kteří se pokusili napodobit co nejpřesněji tamní podmínky.
29. 9. 2026‌‌

Loď Starship se z oběžné dráhy vrátila na Zemi

Kosmická loď Starship se poprvé dostala na oběžnou dráhu a následně se vrátila na Zemi, uvedla společnost SpaceX. Kvůli problému s jedním z motorů firma první orbitální let o několik hodin zkrátila, píše server BBC News. Během čtrnáctého zkušebního letu měla loď šestkrát obletět Zemi. Předtím úspěšně vypustila satelity služby Starlink.
28. 9. 2026Aktualizováno28. 9. 2026‌‌

Vědci objevili nové mořské pavouky „jako z noční můry“

V moři mezi USA a Kanadou objevil mladý vědec dva druhy doposud neznámých bezobratlých tvorů, kteří se lidově označují jako mořští pavouci. Oba jsou parazitické, ale přitom mají na svých tělech vlastní parazity.
27. 9. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.