Nový ERC grant DOUBLE ADAPT: Je zdvojení genomu cestou k adaptaci?

Mutace jsou „palivem“ evoluce – vytvářejí genetickou variabilitu, z níž pak může selekce vybírat vhodné kombinace alel, což vede například k novým adaptacím. Pod pojmem mutace si většinou představíme substituce – drobné záměny jednotlivých „písmenek“ (nukleotidů) v molekule DNA. Existují však i mnohem větší mutace: namnožení celých genů a genových rodin, přeskládání části chromozomů, a dokonce zdvojení kompletní genetické informace v buněčném jádře. Kdybychom užili oblíbeného příměru, zatímco substituce představují pouhý překlep, genomová duplikace zdvojí všechna písmenka v knize! Navzdory tomu, že zdvojení genomu je tak rozsáhlou mutací, setkáváme se s ní v přírodě překvapivě často – přeborníkem jsou rostliny, včetně klíčových plodin, ale častá je i u některých skupin živočichů. Pokud právě ke čtení přikusujete pšeničné pečivo, chroupete bramborové lupínky, jíte banán nebo pijete kávu, máte co do činění s polyploidním rostlinným mutantem. Přes tuto důležitost toho však stále víme o přírodních procesech řídících osud polyploidů velmi málo.

Už přes sto let, od jejího objevu, obestírá genomovou duplikaci velká záhada. Jak může tak velká mutace vést k životaschopnému a často i úspěšnému potomstvu? Je zjevné a experimentálně prokázané, že nově vzniklí polyploidi mívají často velké problémy s buněčnými procesy a rozmnožováním. Naopak přímé důsledky genomové duplikace, jako zvýšení genové exprese nebo zvětšení buněk, mohou být za určitých okolností výhodné. Zdvojený genom také poskytuje nový hrubý materiál pro evoluci, zvýšenou variabilitu od úrovně genů, přes bohatství interakcí v rámci organismu i možnost nových vazeb na okolní podmínky prostředí. Populace polyploidů tak mohou fungovat jako zásobníky potenciálně užitečné genetické variability anebo jakési „polštáře“ pro případ nenadálých environmentálních změn nebo výkyvů v početnosti.

Klíčovým směrem, kam se vydat dále, bude pohled na celé polyploidní populace, a to jak z ekologického, tak i genomického pohledu. Tímto směrem se zaměřuje i nový  grant Evropské výzkumné rady (Starting grant ERC) který bude financovat běh naší skupiny pro příštích pět let. Abychom poodhalili konkrétní mechanismy adaptace, budeme kromě studia genomů planých populací tytéž druhy také vystavovat nepříznivým podmínkám a sledovat změny jejich vnějších vlastností i genomů. Tento výzkum by byl ještě před pár lety nemyslitelný, umožnil ho dramatický vývoj nových sekvenačních technologií. Samotné sekvenování však nestačí, výzkum planých rostlin se neobejde bez dobré znalosti jejich přirozeného rozšíření, ekologických a biogeografických vazeb. V rámci ERC projektu tak plánujeme neobvyklým způsobem zkombinovat terénní a experimentální ekologické výzkumy, v nichž jsme v Česku tradičně dobří, s novými evolučně-genomickými technikami, jež jsou u nás teprve v plenkách.