Evoluce genomu na úrovni druhů probíhá podle vědců dvojí rychlostí

U orchidejí je tento jev úzce spjatý s částečnou endoreplikací, která jim umožňuje cíleně zvyšovat počet kopií kódujících částí genomu a zabraňuje neefektivnímu zmnožování těch nekódujících.

Tyto poznatky, které byly publikovány v časopise The Plant Journal, mohou pomoci lépe pochopit, jak se rostliny dokážou adaptovat a účinně šetřit energii. Velikost genomu rostlin určuje mnohé jejich vlastnosti.

Související

Martin Pokorný

Čeští botanici pomohli rozklíčovat DNA žita o osmi…

Lukáš Bauer

Vědci Botanického ústavu jsou na stopě zcizené DNA

Obecné zákonitosti a mechanismy evoluce velikosti genomu jsou proto předmětem bádání již desítky let. „V našem výzkumu jsme se snažili posoudit, jak velkou roli hraje v evoluci velikosti genomu zmnožení repetitivní DNA, chromozomální variabilita a typ endoreplikace u orchidejí. Kromě toho, že je tato skupina fascinující v mnoha jiných ohledech, má i jednu unikátní vlastnost organizace genomu, která je pro vědce záhadou,“ říká Pavel Trávníček z Oddělení evoluční biologie rostlin Botanického ústavu AV ČR.

Pro výzkum si vědci vybrali jejich druhově nejbohatší linii zvanou Pleurothallidinae. Zahrnuje okolo 5 500 druhů a tvoří téměř pětinu všech orchidejí. Cílem výzkumu bylo ukázat, zda by za velkou rozmanitostí právě této skupiny rostlin mohly stát i nějaké celogenomové vlastnosti.

Jednou z nich je endoreduplikace, známá i u jiných rostlin, při které dojde ke zdvojení celé jaderné DNA.  Znásobení počtu kopií genomu umožňuje rostlinám pružně odpovídat na jakékoliv změny, protože se zvýší rychlost přepisu DNA do proteinů.

U orchidejí (Orchidaceae) se kromě klasické endoreduplikace objevuje i částečná endoreplikace, při které nedochází ke zdvojení celého genomu, ale k namnožení pouze jeho části. Nejedná se však o náhodný proces, u každého druhu se zmnožuje stále stejná část genomu, a výsledkem jsou tak pletiva s buňkami, které mají charakteristický obsah celkové DNA. Spekuluje se o tom, že taková vlastnost umožňuje orchidejím těžit z výhod endoreplikace a zároveň šetřit omezené zdroje na replikování celého genomu.

„Náš výzkum ukázal, že při částečné endoreplikaci dochází k přednostnímu množení funkčních částí genomu (např. genů). Naopak část genomu bohatá na repetitivní sekvence, tj. ty, které nekódují geny a neprojevují se tudíž ve vlastnostech organismů, se v průběhu endoreplikace nemnoží. Evoluce genomu na úrovni druhů tak probíhá dvojí rychlostí, zatímco kódující část genomu je víceméně stálá, část DNA obsahující nekódující úseky se neustále mění, a s ní i celková velikost genomu orchidejí,“ vysvětluje Pavel Trávníček.

Orchideje jsou vytrvalé byliny, které najdeme na všech kontinentech kromě Antarktidy. Čítají přes 27 000 druhů, čímž se řadí k jedné ze dvou druhově nejbohatších čeledí rostlin na světě.