MEGABOB konečně rozluštěn - a co dál ?
24.4.2023 |
Bob koňský (Vicia faba L.) je jednou z nejstarších a celosvětově nejrozšířenějších kulturních plodin. Jeho domestifikace proběhla zhruba před 10 000 lety někde na Blízkém východě. Svědčí o tom dávné písemné záznamy i současné výpočty „molekulárně- evolučních“ odborníků.
Již řadu desetiletí genetici znají jeho karyotyp. Upoutal je jak nízký chromozomální počet (2n=12), tak velikost a morfologická odlišitelnost jednotlivých chromozomů. Není tak divu, že se těšil a těší přízni klasických karyologů a že takto zaměřená pracoviště různě po světě trvale vlastní rozsáhlé kolekce jeho genotypů.
Výborné pověsti se v tomto směru již v polovině minulého století těšil kupř. Zentrall Institut fur Genetik und Kulturpflanzenforschung v Gaterslebenu, v bývalé NDR. Sama jeho historie je plná dobrodružství. Založen byl v roce 1943 pod jménem Kaiser Wilhelm Institut, coby pobočka Vídeňské univerzity. Když se později válečná vřava přelila přes hranice Rakouska, naložil jeho tehdejší ředitel, profesor Hans Stubbe, na kolonu vojenských náklaďáků skupinu odvážných spolupracovníků, všelijaké přístroje a vědecký archiv a vydal se na sever, až do východního podhůří Harzu. V pozdější sovětské zóně vznikla tak uprostřed lánů cukrové řepy díky štědrým vládním dotacím nová vědecká Mekka. Ideální pro hloubavé povahy, nerušené vzdálenou civilizací. Nebyl internet, neexistovaly sociální sítě.
Registrované a studované stovky rozličných chromosomálních aberací, translokací i bodových mutací tam z bobu postupně vytvořily karyologickou modlu. V tradici dnes ústav pokračuje pod jménem Leibnitzův institut.
Podrobnější molekulární analýzy koňského bobu se však celosvětově rozjížděly velmi zvolna. Jednou z příčin byla mimořádná velikost jeho genomu. Hlavní roli v jeho postupném narůstání nepochybně hrála matka příroda, ale také lidská pěstitelská a šlechtitelská invence, zaměřená po mnoho tisíc let jak na formování jeho celkového habitu, tak na velikost a proteinové složení jeho semen. To může dosahovat až 29 %.
Oproti řadě jiných hospodářsky využívaných leguminóz nachází však koňský bob prozatím hlavní využití v krmivářství. Jeho potravinářská nepřijatelnost je dána zejména obsahem některých nechutných či přímo toxických látek - v prvé řadě alkaloidových glykosidů, zvláště typu vicinu a konvicinu. A k nim se řadí i vysoká hladina fenolů, polyfenolů a taninů.
V čerstvém mileniu získala tato snaha o stvoření nového potravinářského proteinového zdroje, tedy vlastně sóji mírného a chladného pásu, další motivaci - zejména onu proklamovanou „udržitelnost v kontextu s planetárními ekonomickými i ekologickými změnami“. Bob už nemá být jen krmivem pro stávající živočišnou výrobu, ale právě naopak jejím hrobařem. Tedy cestou, jak zásadně omezit její energetickou náročnost a nežádoucí účinky na světové klima (skleníkové plyny, metan). Vegetariáni radujte se – a možná si lidstvo postupně zvykne.
Do klasického šlechtění masivně vstoupily všelijaké omiky. Výsledky vedly kupř. k objasnění genového zázemí tvorby taninů (mj. před sedmi lety k identifikaci transkripčního faktoru WD 40 coby součásti „Zero Tannin1 Locus“) a před dvěma lety ke klonování VC1 genu, kontrolujícího obsah vicinu a konvicinu v semenech.
Jako klíčový předpoklad pro další úspěšné kroky se však logicky ukázalo být rozluštění onoho obřího bobového genomu. Velký mezinárodní projekt byl (snad) zahájen před pěti lety a měl více iniciátorů. Vedle dánského týmu to byli především Alan Schulman z Finska a Donald O´Sullivan z Anglie. Postupně se přidávaly další laboratoře, finální počet ddosáhl dvaceti pěti. Samozřejmě nechybí zastoupení Gaterslebenu (bobový guru prof. Ingo Schubert) a také Olomouce (právě na bobu vypracoval svoji geniální flow-cytometrickou techniku izolace metafázních chromosomů prof. Jaroslav Doležel – Planta 1992)
Výsledek lze nalézt v březnové publikaci více jak padesátičlenného autorského kolektivu Jayakodi et al. 2023. Není bez zajímavosti, že deset jejích autorů je z Česka, a to konkrétně z olomouckého ÚEB AVČR a tamní Univerzity Palackého a z Biologického Centra AV ČR z Českých Budějovic.
Zadání bylo vskutku ambiciózní - „odemknout obří genom této globální proteinové plodiny“, kterýdosáhl během evoluce opravdu úctyhodného rozměru více než 13 Gb, zejména díky nepoměru mezi amplifikací a eliminací různých retrotransposomů a satelitní DNA. Odpovídá tak více jak čtyřnásobku velikosti genomu lidského. Více jak 80 % však představuje „nekódující“ část, asi 34 tisíc ta kodující proteiny . Autoři věnovali mj. pozornost genetice kvantitativních znaků v kontextu s velikostí, resp. vahou semen. Zajímavou, a do značné míry „moravskou“ částí výzkumu, bylo studium mendelovsky dědičného znaku zbarvení pupku/hilu semen. Jeho barva může být buď světlá nebo tmavá – coby projev funkčnosti či nefunkčnosti genu podílejícího se na tvorbě enzymu polyfenol oxidázy, což je vlastnost známá i u jiných plodin. A možno říci dvojsečná – šlechtitelsky preferován byl většinou světlý typ, chuťově „nehořký“, ale zároveň postrádající polyfenolické látky coby přirozenou ochranu proti různým patogenům. V případě bobu Hanáci uspěli s odpovědí, v čem se liší jejích světlý model se světlým pupkem od tmavého. Do oblasti promotoru jeho PPO genu se vetřel jeden z transpozonů a vypnul ho.
Co bude dál? Všemožné editační techniky jistě nabídnou širokou škálu výchozích materiálů pro různě cílené aplikační projekty. Klíčovým úzkým hrdlem lahve se však může stát naše schopnost regenerovat z těchto „buněčných inokulí“ dospělé křižitelné rostliny. Vím o čem mluvím – před více jak půlstoletím jsem se právě s koňským bobem, coby „tkáňovkářským modelem“ neúspěšně trápil. Dodnes nikdo na světě nemá jeho slušné tkáňové či buněčné kultury. Získávat regeneranty je velmi obtížné, své by o tom mohli povídat mj. kolegové z dnešního šumperského Agritecu. Třeba ale povede schůdná cesta přes „editanty“ s výrazně utlumeným metabolismem fenolických látek?
Tedy – mnoho štěstí novým odvážlivcům.
Autorský komentář prof. RNDr. Zdeňka Opatrného, CSc., emeritního profesora PřF UK v Praze
Zdroj: