Přečtení dědičné informace pšenice seté dlouho považovali experti za prakticky nemožné kvůli její enormní velikosti. Skládá se totiž ze 17 miliard písmen, a je tak pětkrát větší než u člověka. Je to tím, že se skládá ze tří navzájem podobných subgenomů a také proto, že většinu jejího genomu tvoří mnohokrát se opakujícími úseky DNA. Podle ředitele Ústavu experimentální botaniky AV ČR Martina Vágnera práce v časopise Science, ke které významně přispěli olomoučtí vědci, aspiruje na nejdůležitější výsledek v rostlinné biologii tohoto roku.

Práci vědcům ztěžovalo také to, že dědičnou informaci musejí číst po malých úsecích. Jak vysvětluje vedoucí Centra strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR a kordinátor programu Strategie AV21 Potraviny pro budoucnost Jaroslav Doležel, komplikuje to její správné sestavení: „Jako kdybychom rozstříhali tři vydání stejné knihy ve velmi podobných jazycích na úseky kratší než jedna věta, tyto kousíčky smíchali a knihy sestavovali do původní podoby. Jsem proto rád, že se to u tak velkého genomu, jaký má pšenice, nakonec podařilo.“

Zelená revoluce z Hané

Olomoucké pracoviště Akademie věd ČR spoluzaložilo v roce 2003 Mezinárodní konsorcium pro sekvenování genomu pšenice. V mezinárodním projektu, jenž vznikl právě za účelem rozluštění genomu pšenice, sehrálo zcela klíčovou roli. Výzkum genomu pšenice totiž vycházel z metody třídění chromozomů pomocí takzvané průtokové cytometrie, kterou vyvinuli a rutině používají jako jediní na světě právě na Hané.

Unikátní postup umožnil rozdělit složitou dědičnou informaci na menší části, chromozomy, což zjednodušilo čtení DNA a následovné uspořádávání přečtených úseků. DNA jednotlivých chromozomů poté olomoucká laboratoř předávala pracovištím v různých částech světa.

Nezůstalo však jen u toho, olomoučtí vědci dále připravovali takzvané BAC knihovny. Jejich prostřednictvím šlo číst delší úseky textu dědičné informace, což usnadnilo sestavování genomu. Rovněž v přípravě těchto BAC knihoven z izolovaných chromozomů drží olomoučtí experti světový primát: dosud jsou v jejich využívání považováni za nejlepší na světě.

V Olomouci se úspěšně věnovali i samotnému sekvenování tří z jednadvaceti chromozomů pšenice a v posledních letech se do výzkumu zapojili také jinými moderními metodami – například optickým mapováním.

Přečtení genomu pšenice pomůže šlechtitelům i dalšímu výzkumu

Dokončení rozluštění genomu pšenice zprostředkuje šlechtitelům nové možnosti, aby mohli lépe řešit problémy související s potravinovou bezpečností. A je to opravdu důležité, protože pšenice je základní potravinou pro více než třetinu světové populace. „Pěstuje se na největší části obdělávané plochy, poskytuje více než pětinu kalorií a bílkovin a její role při výživě lidstva je v současnosti nezastupitelná,“ potvrzuje Jaroslav Doležel.

Díky znalosti genomu pšenice mohou šlechtitelé rychleji identifikovat geny odpovídající za výnos, kvalitu zrna, odolnost vůči chorobám a škůdcům, nebo ty, které pšenici umožní lépe překonávat období sucha a lépe využívat období vlhka. Přelomový objev bude mít velký význam i při využívání nových metod genetických modifikací. Čeští vědci se šlechtiteli spolupracují od roku 2017 také v rámci Aplikační laboratoře AV ČR.

Rozluštění sekvence genomu pšenice je důležité i pro základní výzkum, který pokračuje s cílem objasnit funkci jednotlivých částí dědičné informace a jejich vliv na růst a vývoj této plodiny. První výsledky již byly zveřejněny v dalších šesti publikacích, které vyšly ve stejný den jako hlavní článek – jedna ve stejném čísle časopisu Science, druhá v Science Advances a čtyři v Genome Biology.

Před vědci nyní ale stojí další výzvy. Dosud totiž 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. „Takové uspořádání lze přirovnat ke klubíčku smotanému ze 42 třiceticentimetrových vláken. Najít oblasti vláken, které na sebe vzájemně působí, je těžké, ale již máme vypracované postupy, jak je nalézt a blíže charakterizovat,“ uzavírá Jaroslav Doležel.