Kukuřičný genom - bludiště neobvyklé rozmanitosti Smíšené týmy oznámily kompletní návrh genomu kukuřice

Kukuřice neuvěřitelné rozmanitosti není jen tmavé zrno. Genom kukuřice odhaluje překvapivé množství genetické rozmanitosti, a to i mezi druhy úrodných rostlin.

Výzkumní pracovníci dokončili návrh genomu kukuřice. A zatímco mohou lidé vtipkovat o "úžasném" úspěchu, vědci říkají, že genetický plán jednoho druhu kukuřice odhalí závažné množství genetické rozmanitosti a některé těžké hodiny biologie, které by mohly vést ke zlepšení již ekonomicky významné plodiny.

Řada výzkumných prací publikovaných v Science 20.listopadu a v on-line časopise PLoS Genetics podávají zprávu o že návrhu genomu a analýzy genetického složení rostlin. Práce prováděná mnoha institucemi a financovány National Science Foundation ukazuje, že kukuřice má neobvyklé schopnosti vytvářet nové geny, ztrácet ostatní, změnit činnost genů a odolat radikální přeměně genomu. A překvapující rozdíly mezi dvěma druhy kukuřice mohou poskytnout klíč k tomu, proč kříženci někdy rostou nebo přináší lepší než mateřské druhy.

Vědci věděli, že se různé druhy kukuřice mohou značně lišit ve své genetické výbavě. Přestože byla kukuřice domestikována před pouhými 8.000 až 10.000 lety z trávy teosinte, genetické rozmanitosti mezi dvěma druhy obilí převyšují míru, což bylo nalezeno mezi lidmi a šimpanzi, druhy oddělenými miliony let v evoluci. Například druh B73, zemědělsky významná a obvykle studovaná odrůda rozluštěna projektem kukuřičného genomu, obsahuje 2,3 miliardy bází, chemických jednotek, které tvoří DNA. Ale genom druhu popcornu dekódovaný výzkumnými pracovníky v Mexiku je o 22 procent menší, než je genom B73.

"Můžete upravit celý genom rýže narozdíl mezi těmito dvěma druhy kukuřice," říká Virginia Walbot, molekulární bioložka na Stanfordově univerzitě.
Často, když jsou dvě přirozené odrůdy kukuřice zkříženy, hybridní je více robustnější a vydá více než jeden z rodičů. Obilí, které nově rozluštilo genom, může vědcům pomoci rozluštit zdroj síly hybridu.

Velká část tohoto rozdílu je důsledkem působení transponovatelných prvků, více známý jako skákácí geny. Transponovatelné prvky (transpozony) jsou mobilní kousky genetického materiálu, který skákají kolem genomu, někdy s nimi berou geny nebo části genů. To bylo v obilí, v němž nositelka Nobelovy ceny Barbara McClintock objevila transposony. Projekt genomu objevil některé nové rodiny transpozonů odhalující celkem 1300 takových rodin v kukuřici, říká Patrick Schnable, genetik v oblasti kukuřic na Iowa State University v Ames. Společně transpozony a další opakované kousky DNA tvoří 85 procent genomu kukuřice v B73 kmene.

To je neobvykle velké množství repetitivního DNA, a snaha dekódovat se stává náročnou, říká Richard K. Wilson Genome Center na Washington University School of Medicine v St Louis. „Byl to opravdu tvrdý oříšek." Velký počet opakovaných úseků znamenal razantní přístup - spoléhat na počítače při sestavení rozptýlených dávek DNA fragmentů z celého genomu v ucelený obraz - neusiloval by o dešifrování kódu kukuřice.

Místo toho se výzkumníci museli uchýlit k pomalejšímu přístupu podobnému tomu, který se používá v Human Genome Project - nejprve uvést stránky genetické instrukční příručky obilí do pořádku a pak stanovit DNA písmena na každé stránce.
Projekt činí 30 milionů dolarů, a není zcela dokončen, ale již poskytuje výzkumníkům zabývajícím se kukuřicemi bohaté znalosti.

B73 genom obsahuje asi 32.000 genů, prozradili výzkumníci Science. Transpozony opustili také kousky genů rozptýlené po celém genomu. Některé z těchto fragmentů jsou aktivní a mohou pomoci kontrolovat činnost jiných genů, oznamuje Schnable. Vědci také odhalili důkazy, že druhy kukuřic vytvářejí nové geny a ztrací další. Například, nejméně 180 genů B73 jsou postrádány v jiném druhu kukuřice známém jako Missouri 17 nebo Mo17. Ve skutečnosti tisíce kousků DNA nalezené v jednom druhu jsou zcela postrádány v ostatních, uvedli Schnable a jeho kolegové v jednom z 10-ti společných článků publikovaných v časopise PLoS Genetics. Tento stupeň strukturální změny není vidět v jiných rostlinách, zvířatech nebo plísní, které jsou tak dlouho studovány, říká Schnable.

Výzkumníci také popsat rozdíly v počtu kopií genů, které nosí dva druhy. Některé z těchto zisků a ztrát genů a dalších pořadí by mohly přispět k síle hybridu, což je stav, ve kterém je potomek silnější a lépe poddajný než kterýkoli z rodičů.
Výzkumníci zatím neznají zdroj hybridní energie, ale pořadí genomu to může usnadnit sledovat, Schnable říká. Má-li být zjištěno, zda hybridní energie je produktem aktivity genu, Schnable a ostatní srovnají činnost genu u potomstva zkříženého z druhů kukuřice B73 a Mo17. V tisícero hybridních genech, byla aktivní jen kopie zděděná po otcovském genu, uvedl tým v Science. Tento genetický jev se nazývá imprinting. U lidí je méně než 1 procento genů vtištěno. Velikost impritingu v kukuřici - počet genů a silný sklon být aktivní jen u otcovských genů - je překvapivá, uvádí Schnable.

Výzkumníci neví jak nebo jestli imprinting přispívá k hybridní síle.
Obilná liberálně genetická politika se může nakonec dostat do potíží. Například:
„U jiných druhů, je to vzácný jedinec, který má aktivní transpozony," říká Walbot, protože aktivní transpozony mají potenciál narušit klíčové geny. Avšak tato strategie funguje na obilí, která umožňují svému genomu se hbitě přizpůsobit měnícím se podmínkám životního prostředí, často z generace na generaci. Druhy se však také mohou nakonec rozštěpit do několika druhů.

"Obilí žije v nebezpečí, dalo by se říct," říká Walbot. "Má tyto vlastnosti, které umožňují flexibilitu v jeho genomu, ale jsou tu také náklady na provoz této hry."

Zdroj:
http://www.sciencenews.org/view/generic/id/49808/title/Corn_genome_a_maze_of_unusual__diversity