(Mega)hrátky s chromozomy u rostlin

Že jsou rostliny geniálními „chemiky“, je po tisíciletí známá věc a jimi vyráběné „chemikálie“ využíváme prakticky ve všech našich činnostech. O tom, že jsou rostliny i vynikající „genetičtí inženýři“, už asi takové povědomí není. I když rozptyl ve velikostech genomů u rostlin, dopady domestikace a šlechtění na jejich genetickou informaci či například polyploidie by nás neměly nechat na pochybách. Rostliny jsou současně vynikající organismy pro studium genetiky (ostatně stály u zrodu této vědecké disciplíny). Nedávno byla v časopise Science publikována studie popisující „hrátky“ s chromozomy. Významně se na ní podíleli kolegové z CEITEC Masarykovy univerzity.

Snížení počtu chromozomů z 10 na 8 u huseníčku Arabidopsis thaliana přesunutím ramen chromozomu 3 na chromozom 1.

Ilustrace Michelle Rönspies, KIT

Již dříve jiný tým pracující s kukuřicí ukázal, že se dá vytvořit rostlina s více chromozomy. Němečtí a čeští kolegové dokázali díky využití technologie CRISPR-Cas počet chromozomů naopak snížit. A to z 5 na 4 (resp. z 10 na 8 v karyotypu) u modelové rostliny Arabidopsis thaliana (huseníčku rolního). Postupovali dvoukrokově. V každém z nich využili tzv. dvouřetězcového zlomu DNA vyvolaného pomocí CRISPR. V prvním kroku přesunuli jedno rameno chromozomu 3 na chromozom 1 a ve druhém kroku přesunuli zbývající rameno z druhé strany centromery buď na druhé rameno chromozomu 1, nebo na chromozom 5. Tím získali dva nové genotypy se čtyřmi chromozomy, jeden s přesunem genetické informace pouze na chromozom 1, druhý s přesunem na chromozomy 1 a 5. Jako vedlejší produkt vznikl ještě „minichromozom 3“ (v podstatě jen centromera a její nejbližší okolí). Autoři předpokládali, že „nepřežije“. A měli pravdu, rostlina se jej v následující generaci zbavila.

Snížení počtu chromozomů se již dříve povedlo u kvasinek či u myši, ovšem tato změna měla poměrně významný efekt na genovou expresi a fenotyp těchto organismů. Naproti tomu u rostlin se dle studie genová exprese významně nezměnila a fenotypově byly vzniklé genotypy nerozeznatelné od divokého typu. Ovšem v důsledku snížení počtu chromozomů se o 60-80 % snížila fertilita jedinců (heterozygotů) vzniklých při křížení mezi nově vzniklými genotypy (se čtyřmi chromozomy) a planou rostlinou (s pěti chromozomy). To připomíná situaci, kdy se kůň spáří s oslicí (či naopak), vznikne životaschopná mula či mezek s některými zajímavými vlastnostmi, avšak vzniklý jedinec je neplodný. Tímto způsobem by se v budoucnu mohlo dát předcházet křížení geneticky editovaných plodin s původními druhy.

Tato práce výborně demonstruje možnosti změn genetické informace rostlin (především s využitím CRISPR-Cas), které na nás do budoucna jistě čekají a které mají zajímavý potenciál pro moderní šlechtění plodin.

Rönspies M. et al.: Science, 2025, DOI: 10.1126/science.adz8505

Zhang F., Dawe R. K.: Science, 2025, DOI: 10.1126/science.aec7902