Tajemství přežití pšenice a ječmene: Vědci objevili geny pro adaptaci na změny klimatu

Vědecké týmy z INRAE, Univerzity Clermont Auvergne a CNRS provedly průlomový výzkum, při kterém rekonstruovaly deset starověkých genomů, takzvaných paleogenomů. Tyto paleogenomy představují společné předky 84 botanických druhů s agronomickým významem.

Vědecké týmy z INRAE, Univerzity Clermont Auvergne a CNRS provedly průlomový výzkum, při kterém rekonstruovaly deset starověkých genomů, takzvaných paleogenomů. Tyto paleogenomy představují společné předky 84 botanických druhů s agronomickým významem. Jejich práce umožnila identifikovat specifické geny, které se sdílejí napříč různými rostlinnými druhy a které se zachovaly po celou dobu jejich evoluční historie. Tyto geny by mohly hrát klíčovou roli v adaptaci na environmentální omezení, jako je například sucho.

Komparativní studie se zaměřila na geny pšenice a ječmene a vedla k identifikaci přibližně stovky variant genů, které byly zásadní pro adaptaci těchto plodin na změny klimatu během 10 000 let jejich domestikace a šlechtění lidmi. Vědci analyzovali a porovnali 84 genomů moderních kvetoucích rostlin, které reprezentují celosvětově pěstované plodiny. To jim umožnilo rekonstruovat deset paleogenomů starých více než 200 milionů let, které lze popsat jako „zakladatelské“ geny pro moderní druhy. Tyto paleogenomy umožňují identifikovat geny, které si zachovaly společný genomický ancestrální kontext a stejnou biologickou funkci, což znamená, že by mohly stále přispívat k vlastnostem nebo procesům napříč různými druhy. Takové geny potenciálně řídí vývoj vlastností důležitých pro moderní zemědělské výzvy, jako je tolerance k suchu nebo data kvetení.

Pšenice a ječmen byly vybrány jako hlavní předmět studie, protože obě jsou obilniny s velkým agronomickým významem. Patří mezi nejstarší plodiny, které byly domestikovány před více než 10 000 lety v Úrodném půlměsíci. Tyto dvě obiloviny podpořily vznik zemědělství a vykazují značné paralely jak v historickém vývoji, tak v environmentálních podmínkách, za nichž je lidé pěstovali. To je činí vysoce relevantními pro analýzu a srovnání klíčových zachovaných genů. Výzkumníci studovali a porovnali 1 420 moderních odrůd reprezentujících globální genetickou rozmanitost pšenice a ječmene, spolu se zbytky starověké pšenice staré 5 000 let. To jim umožnilo identifikovat genetické varianty zachované oběma druhy během jejich historické evoluce.

V rámci této práce byly vyvinuty dva bezplatné, otevřeně dostupné počítačové nástroje, které mohou využívat vědecká komunita i soukromí šlechtitelé. První, nazvaný AGR (Ancestral genome reconstruction), umožňuje srovnání moderních rostlinných genomů a rekonstrukci vyhynulých zakladatelských paleogenomů, čímž poskytuje odborně kurátorský katalog genů zachovaných mezi druhy. Druhý nástroj, OrthoViewer, je databáze poskytující přístup k těmto zachovaným genům pro 84 rostlinných druhů s agronomickým významem. Tento katalog umožňuje porovnávat dostupné globální údaje o genetické rozmanitosti mezi druhy a identifikovat adaptivní genetické varianty společně vybrané u různých druhů, které mohou být zajímavé pro šlechtění odrůd. Jérôme Salse, ředitel výzkumu v INRAE, zdůrazňuje, že porozumění tomu, jak se genetické varianty vyvíjely v průběhu domestikace a šlechtění zemědělských druhů, umožňuje identifikovat ty, které byly vybrány napříč druhy v prostředích se stejnými klimatickými omezeními a které jsou zajímavé pro šlechtění genotypů adaptovaných na současné výzvy změny klimatu a agroekologické transformace.