Vědcům z olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB se jako prvním na světě podařilo v reálném čase sledovat pod mikroskopem buněčné dělení ječmene. Díky tomuto objevu budou moci zjistit, jak ječmen reaguje na různé stresové podněty, což přispěje ke šlechtění odolnějších a výnosnějších odrůd obilovin. Dosud bylo možné studovat pod mikroskopem jen neživé vzorky pletiv.
Podle Aleše Pečinky, vedoucího výzkumné skupiny Centra strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB, přináší objev mnoho nových, důležitých poznatků. „Nyní můžeme například měřit některé procesy při množení buněk. Zjistili jsme, což dosud nikdo nevěděl, že buněčné dělení u ječmene trvá přibližně 80 minut. Víme také, kde se konkrétní buňka nachází, v jaké pozici je vůči okolním buňkám a dokážeme pozorovat i jejich vzájemné interakce,“ říká Aleš Pečinka.
Barevné proteiny pomohly vědcům „vidět“
Experti si jako modelovou rostlinu vybrali ječmen, protože jde o klasickou českou plodinu. Výhodou jsou také jeho velké chromozomy. Aby dokázali sledovat proces dělení, museli upravit rostliny tak, aby u nich některé části buněčného jádra pod mikroskopem svítily. „Pomocí metod genového inženýrství jsme na vybrané buněčné struktury navázali zeleně, červeně, modře nebo žlutě svítící protein. Takto jsme v buňce označili chromozomy, jadérka a mikrotubuly, “ vysvětlila Kateřina Kaduchová z Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB AV ČR). Výzkum trval čtyři roky a byl náročný. „Z mladých naklíčených dvoudenních rostlin ječmene jsme se zaměřili na rostoucí kořínky, ve kterých probíhá buněčné dělení nejčastěji. Velkou výzvou byla právě mikroskopie a zachycení celého procesu dělení, protože kořínky ječmene rychle odrůstají a je velmi obtížné zaostřit mikroskop do hlubších vrstev buněk,“ dodává Kateřina Kaduchová.
Usměrnění kořínků a opakované měření
Olomoučtí vědci si ale dokázali i s touto výzvou poradit. Vyvinuli vlastní systém na usměrnění růstu kořenů v mikroskopu. Při výzkumu používali konfokální mikroskop, který dokázal buňku zvětšit 630x. „Hodně času zabralo nastavení celého experimentu, protože dělení buněk je rychlé a neodehrává se ve stejném čase. Snažili jsme se tedy nasnímat několik fází dělení buňky a měření jsme museli dělat opakovaně. U mikroskopu jsem tak strávila hodně času, šlo o stovky hodin,“ vysvětluje náročnost živého sledování buněčného dělení Kateřina Kaduchová.
Podle Aleše Pečinky posouvá nová studie hranice znalostí a otevírá další možnosti výzkumu u ječmene. „Například u chromozomů se vědělo, že se v průběhu střední fáze buněčného dělení zkracují. Díky našemu novému objevu jsme mohli změřit jejich délku také u dřívějších a pozdějších fází dělení a teď už víme, že zkracování pokračuje až do poslední fáze dělení buňky, kdy se chromozomy obalí jadernou membránou a proces vzniku dceřiných buněk je dokončen vytvořením buněčné stěny,“ dodává Aleš Pečinka.
Nástroj pro celý svět
Olomoučtí experti tak vytvořili platformu pro studium vlivu různých růstových podmínek na dělení buněk u ječmene, která je už nyní dostupná celosvětové vědecké komunitě. „Do budoucna mohou vědci díky tomuto nástroji hodnotit vliv různých podmínek na růst obilovin, což je v době, kdy řešíme vliv klimatické změny na růst a výnos plodin a také zajištění dostatku potravin pro stoupající světovou populaci, klíčové,“ objasnil Jan Bartoš, vedoucí olomouckého pracoviště ÚEB AV ČR.
Vědci z olomouckého pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR budou ve výzkumu pokračovat. Chtějí poznat dynamiku a chování buňky při dělení z jiné perspektivy. Chystají se například zjistit, jak se v průběhu buněčného dělení chová jaderná membrána nebo jaký vliv budou mít na množení buněk různé stresové faktory a cizorodé látky.
