300 milionů let staré DNA sekvence mění pohled na evoluci rostlin a otevírají cestu k lepším plodinám

Mezinárodní tým vědců objevil miliony konzervovaných regulačních DNA sekvencí v 284 druzích rostlin. Tento objev zásadně prohlubuje naše chápání rostlinné evoluce a nabízí nové možnosti pro přesné šlechtění plodin odolnějších vůči změnám klimatu.

Vědci vystopovali tisíce konzervovaných regulačních prvků v rostlinné DNA až 300 milionů let zpět, což odhaluje hluboké principy evoluce rostlinného genomu. Tento průlomový objev by mohl připravit půdu pro přesnější inženýrství vlastností plodin.

Rychlý pokrok v rostlinné genomice a editaci genomu zásadně mění možnosti zlepšování vlastností plodin tváří v tvář rostoucím environmentálním tlakům, chorobám a požadavkům na výnosy. Klíčovou výzvou už není, zda lze rostliny upravit tak, aby vyhovovaly lidským potřebám, ale které genomové sekvence bychom měli cílit, abychom dosáhli předvídatelných a prospěšných výsledků. V editaci genů plodin se pozornost přesouvá od pouhého vyřazování nebo duplikování genů k přesnému cílení DNA sekvencí, které je regulují, což vědcům umožňuje jemně doladit důležité vlastnosti.

Ve studii publikované v časopise Science odhalila mezinárodní spolupráce rostlinných vědců rozsáhlý a dosud skrytý poklad prastarých regulačních DNA sekvencí, které pomáhaly řídit vývoj rostlin po stovky milionů let. Vědci toho dosáhli vývojem nové rozsáhlé komparativní genomické platformy nazvané Conservatory, která umožňuje hloubkově prozkoumat rostlinnou genomiku v průběhu evolučního času.

Přestože jsou prastaré regulační DNA sekvence dobře zdokumentovány v genomech zvířat, dlouho se předpokládalo, že jsou u rostlin vzácné nebo chybí. Analýzou 284 druhů rostlin tato studie nyní identifikovala přibližně 2,3 milionu konzervovaných nekódujících sekvencí (CNS), čímž vytvořila bohatý, veřejně dostupný zdroj, který pomůže vědcům pochopit, jak se genová regulace vyvíjí napříč rostlinnými liniemi. Vzhledem k síle evoluce regulačních sekvencí, která formuje rostlinné formy, otevírá určení sekvencí, které obstály ve zkoušce evolučního času, dveře k cílenému a přesnému inženýrství rostlinných vlastností pro zvýšení produktivity a odolnosti.

Zjištění ukazují, že prastaré regulační sekvence mohou být udržovány navzdory opakovaným duplikacím genomu a rozsáhlému genetickému přeskupování, které je u rostlinných genomů běžné. Tato práce naznačuje lákavou možnost, že podobné prastaré regulační sekvence mohou být objeveny i v jiných rostlinných liniích, kde je evoluce genomu podobně složitá. Projekt Conservatory, vedený laboratořemi Madelaine Bartlettové (Sainsbury Laboratory Cambridge University), Idana Efroniho (The Hebrew University of Jerusalem) a Zacharyho Lippmana (Cold Spring Harbor Laboratory), identifikoval více než 2 miliony CNS napříč rozmanitostí zelených rostlin díky obrovskému úsilí spoluautorů Kirka R. Amundsona z University of Massachusetts Amherst a Anat Hendelmanové z Cold Spring Harbor Laboratory.