Překvapení objevená v rozluštěném genomu kiwi

Začátkem roku 2011 iniciovali vědci z Hefei University of Technology a Sichuan University v Číně a Cornell University v USA založení International Kiwifruit Genome Consorcium (IKGC), jehož cílem bylo získat sekvenci celého genomu kiwi a poskytnout rostlinným biologům, šlechtitelům ovoce a odborníkům na výživu komplexní genetický nástroj. Sekvence byla publikována v časopise Nature Communications 18. října 2013. Před touto studií byly publikovány informace o rozsáhlém výzkumu metabolické akumulace vitamínu C, karotenoidů a flavonoidů v plodech kiwi, avšak sekvenční data genomu, která jsou klíčová pro šlechtění kiwi, nebyla dostupná.

Kiwi (Actinidia chinensis) je ekonomicky a nutričně důležitý ovocný druh. Dlouhou bylo nazýváno “Králem ovoce“ nebo “Králem vitamínu C“, kvůli neobyčejně vysokému obsahu vitamínu C a nutričně vyváženému složení minerálů, dietetické vlákniny a dalších zdraví užitečných metabolitů. Kiwi pochází z hor jihozápadní Číny, avšak nebylo příliš známé po světě až do začátku 20. století, kdy toto ovoce objevili farmáři z Nového Zélandu a začali ho pěstovat jako komerční plodinu. V současné době je kiwi ovocem s celosvětovým významem s roční produkcí 1,44 miliónů tun (2011). Kiwi je druh bobule, která roste na dřevnatých popínavých rostlinách velice podobně jako vinné hrozny a patří do řádu vřesovcotvaré (Ericales), kam jsou zařazeny také borůvky, čajovník a juvie ztepilá (brazilský ořech, Bertholletia excelsa).

Sekvence 39 040 genů kiwi má mnoho genetických podobností s jinými druhy rostlin včetně brambor a rajčat. Studie rovněž odhalila dvě významné evoluční události, které se přihodily v genomu kiwi před milióny let. Sekvence genomu poslouží jako cenný nástroj pro výzkum kiwi a pomůže urychlit šlechtitelské programy zlepšující nutriční kvalitu plodů a rezistenci k chorobám. Získané informace také zajistí možnost hlubšího pochopení agronomicky a biologicky významných znaků, jako je metabolismus vitamínu C.

Jedno z pozoruhodných zjištění této studie bylo, že vědci zaznamenali vysoký procentický podíl podobností uvnitř DNA kiwi. Získaná data odhalila dvě neobvyklé náhodné události, ke kterým došlo v procesu dělení buněk před 27 až 80 milióny let, kdy nastal značný nárůst počtu genů z další kopie celého genomu následovaný rozsáhlou ztrátou genů. Genom kiwi prodělal v nedávné minulosti dva případy duplikace celého genomu. Když jsou geny duplikovány, mohou doplněné geny mutovat, a získat zcela nové funkce, které předtím nebyly přítomné u daného organismu. Tento proces nazývaný “neofunkcionalizace“ může nastat bez nepříznivého účinku na rostliny a v případě kiwi byl docela přínosný. Duplikace přispěla přidáním dalších členů genových rodin, které jsou zapojeny v regulaci důležitých vlastností kiwi, jako je vitamín C v plodech, metabolismus flavonoidů a karotenoidů.

Vědci použili při sekvenování čínskou odrůdu ‘Hongyang‘, která je v Číně hojně pěstována. Následně porovnali genom kiwi s genomy jiných reprezentantů rostlinných druhů: rajče, rýže, réva vinná a huseníček rolní (Arabidopsis thaliana). Objevili přibližně 8 000 genů, které byly společné pro všech pět druhů. Porovnání odhalilo důležité evoluční příbuznosti včetně genů spojených s růstem a zráním plodů, metabolismem výživných látek a rezistencí k chorobám.

Sekvence genomu kiwi reprezentuje sekvenci prvního zástupce řádu Ericales (a třetí v celé skupině asterid, po bramboru a rajčeti), a tak poskytuje cenný zdroj pro komparativní genomiku a evoluční studie především ve skupině asterid, která má k dispozici mnohem méně informací o genomu ve srovnání se skupinou rosid.

IKGC počítá s pokračováním sekvenování genomu dalších odrůd kiwi, aby mohla být zkoumána genetická diverzita kiwi a objasněny regulační systémy důležitých biologických procesů. Kiwi se tak stává významnou modelovou rostlinou pro studium změn ploidie a evoluce, determinace pohlaví a metabolismu vitamínu C, karotenoidů a flavonoidů.

Autor: Dr. Ing. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura

FAO Statistical Yearbook 2012, http://www.fao.org/docrep/015/i2490e/i2490e00.htm

Huang S. et al. (2013): Draft genome of the kiwifruit (Actinidia chinensis). Nature Communicatios, 4: 2640.

Kiwifruit Genome Database, http://bioinfo.bti.cornell.edu/kiwi