Brachypodium – małe trawy, duże nadzieje

Ze względu na swe znaczenie ekonomiczne i gospodarcze, trawy są jedną z najważniejszych grup roślin. Należące do nich gatunki zbożowe to rośliny uprawne kluczowe dla światowej produkcji żywności. Sprawia to, że są one przedmiotem intensywnych badań naukowych. Analizy genomiczne, prowadzone na trawach użytkowych strefy klimatu umiarkowanego, napotykają jednak na szereg trudności, m. in. ze względu na wielkość i złożoność ich genomów jądrowych. Z tego też powodu od dawna podejmowano starania, mające na celu identyfikację odpowiedniego dla tej grupy roślin organizmu modelowego. W roku 2001 zostało nim Brachypodium distachyon (kłosownica dwukłoskowa), charakteryzujące się m.in. jednym z najmniejszych (~350 Mpz) pośród traw i najprościej zorganizowanych genomów jądrowych. Genom ten został w roku 2010 zsekwencjonowany, a szybko powiększające się zestawy narzędzi i zasoby badawcze, dostępne dla B. distachyon oraz gatunków pokrewnych, czynią rodzaj Brachypodium coraz bardziej atrakcyjnym dla biologów eksperymentalnych.

Ogólnym celem realizowanego projektu jest lepsze poznanie struktury, dynamiki i ewolucji roślinnego genomu jądrowego, wykorzystując do tego gatunki Brachypodium różniące się wielkością genomów jądrowych, podstawową liczbą chromosomów, ploidalnością, biologią, ekologią, rozmieszczeniem geograficznym oraz charakteryzujące się nie do końca jasnymi, lecz złożonymi i interesującymi zależnościami filogenetycznymi. Analizy prowadzone są przede wszystkim na poziomie cytomolekularnym, co pozwala na wgląd w słabo jeszcze poznaną, szczególnie w porównaniu do ssaków, organizację roślinnego genomu jądrowego in situ. Badania pogrupowano w pięć zadań, których celem jest: (1) Porównawcza analiza ewolucji genomu traw na poziomie chromosomowym, (2) Określenie rozmieszczenia terytoriów chromosomowych w trakcie interfazy, (3) Poznanie kluczowych etapów procesu mejotycznego u traw o małym genomie jądrowym, (4) Analiza „krajobrazu epigenetycznego” w genomach wybranych gatunków Brachypodium ze szczególnym uwzględnieniem występującego u niektórych mieszańców międzygatunkowych zjawiska dominacji jąderkowej, (5) Wdrożenie B. distachyon, jako organizmu referencyjnego w analizach stabilności genomu roślinnego poddanego działaniu mutagenów fizycznych i chemicznych. Dodatkowym zadaniem jest próba sztucznego otrzymania mieszańca międzygatunkowego B. hybridum, który wraz ze swym naturalnym odpowiednikiem znacząco wzbogaciłby szereg analiz prowadzonych w ramach pięciu głównych zadań.

W badaniach wykorzystujemy szerokie spektrum technik, m.in. różne warianty metody fluorescencyjnej hybrydyzacji kwasów nukleinowych in situ, w tym zaawansowane „prążkowanie” oraz „malowanie” chromosomów, immunolokalizację metylowanego DNA, modyfikowanych chemicznie histonów oraz wybranych białek mejotycznych. Uzyskane wyniki są wizualizowane i analizowane przy wykorzystaniu zaawansowanych systemów mikroskopowych, takich jak wielokanałowy mikroskop epifluorescencyjny szerokiego pola, mikroskop konfokalny skaningowy i wielofotonowy, a także cytometr obrazowy. Analiza globalnego epigenomu oraz badania prowadzone pod kątem wyjaśnienia mechanizmów dominacji jąderkowej wykonywane są m. in. na drodze sekwencjonowania nowej generacji matryc DNA traktowanych wodorosiarczynem sodu.

Prof. dr hab. Robert Hasterok

Jest cytogenetykiem, kieruje Katedrą Anatomii i Cytologii Roślin na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Jest jednym z członków-założycieli International Brachypodium Initiative i pionierem badań cytogenetycznych na gatunkach rodzaju Brachypodium. Jego zainteresowania badawcze dotyczą szeroko rozumianej organizacji genomu roślinnego na poziomie cytomolekularnym. Szczegółowa sylwetka naukowa kierownika projektu znajduje się tutaj: http://www.wbios.us.edu.pl/katedry/kaicr/personal/hasterok.html.

Data publikacji: 06.03.2014