"Odtlačky prstov" rastlín

Autor: Mária Džunková | 29.12.2012 o 14:37 | (upravené 29.12.2012 o 21:07) Karma článku: 9,37 | Prečítané:  1157x

Vedci v poľnohospodárskom výskume sú väčšinou v úzadí, aj keď sa venujú jednej z najdôležitejších častí nášho života - jedlu. Práve jedlo je zodpovedné za naše zdravie či chorobu. Počas štúdia v Prahe som okrem iných rastlín skúmala aj amarant. Je to výnimočná rastlina, ktorá nemá nič spoločné s obiľninami, ale jej semienka sa dajú spracovať na múku, ktorá je oveľa zdravšia ako tá klasická pšeničná. Na pokusných políčkach sme pestovali rôzne odrody amarantu a zdokonalili sme metódu na identifikáciu jeho rôznych krížencov, čo nám nakoniec uverejnili v Journal of Cereal Science. Človek si väčšinou ani nevie predstaviť, koľko vedy je potrebnej na to, aby sa nejaká nová odroda akejkoľvek plodiny dostala na pole a z poľa až na náš tanier.

Práve dozrieva semienko amarantuPráve dozrieva semienko amarantuMária Džunková

Ani ja som predtým netušila, čo všetko obnáša priviesť obilie na pole a brala som ako samozrejmosť, že mám každý deň na raňajky chlieb. Veď zamýšlať sa nad tým, ako sa potraviny vyrábajú alebo pestujú, je predsa niečo pod úroveň modernej vyspelej spoločnosti závislej len na chytrých telefónoch...

Od jedla závisí, či budeme mať vysoký krvný tlak, obezitu, diabetes, rakovinu, zažívacie problémy, alergie, vyrážky alebo naopak krásnu zdravú pleť. Určite ste o tom počuli už X krát, veď článkov o zdravej výžive je neúrekom. Mnohokrát je to ale veľmi jednoduché, len stačí nahradiť nezdravú potravinu nejakou zdravšou alternatívou. Celkom by stačilo nahradiť bielu pšeničnú múku amarantovou a hneď by sme mali výživnejšie raňajky.

Ale zdravé potraviny musia byť pre nás cenovo dostupné ale zároveň tiež výnosné aj pre pestovateľov a spracovávateľov. A tu práve vstupuje do hry (pre Českú republiku) Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha - Ruzyně, kde sa v génovej banke uskladňujú a testujú rôzne odrody obiľnín a strukovín z celého sveta. Popri najnovších odrách pšenice či ovsa tam majú aj spomínaný amarant či čoraz známejšiu pohánku či quinou, ale občas skúšajú aj úplnú exotiku. Veď v iných kútoch sveta nie sú závislí len na pšenici, ryži a kukurici, ale ich tradičnými obiľninami sú napríklad Pennisetum americanum (dochan), Eleusine coracana, Sorghum bicolor (čirok), Coix lacryma-jobi, Eragrostis tef (tef), Echinochloa frumentacea, Digitaria exilis ...

Mnohé z nich sú nutrične veľmi zaujímavé, určite zdravšie ako pšenica, ryža či zemiaky. Treba ale zistiť, či si svoje vlastnosti zachovávajú aj v stredoeurópskych podmienkach a hlavne či sú schopné u nás vyklíčiť aj po zásahu posledných jarných mrazíkov a či sú schopné nakoniec vyprodukovať dostatok semienok. Mohlo by sa vám zdať, že najväčším problémom exotických obiľnín je málo tepla v lete a potom jesenné mrazy, čo úrodu zničí. Áno, aj to môže byť jedno nebezpečie. Ale rastlinám chýba rovnodennosť, ktorá je v trópoch, to znamená, že deň a noc trvajú rovnako 12 hodín po celý rok. A exotická rastlina potrebuje na kvitnutie práve tú správnu dĺžku dňa. U nás sú v lete dni príliš dlhé a až na jeseň sa ich dĺžka začína podobať na dĺžku tropickú. Tak sa rastlina konečne dočká - začne kvitnúť, ale bohužiaľ hneď začne byť veľmi zima a mráz prvé plody hneď zničí. A je po úrode.... Preto je cieľom šlachtiteľov vytvoriť také odrody, ktoré by sa mohli pestovať aj v končinách s dlhými dňami.


Ďalšia vec, ktorú je treba otestovať, sú nutričné hodnoty semienok týchto minoritných plodín v našich končinách. Obsah bielkovín, a teda aj zloženie aminokyselín je závislé okrem iných faktorov tiež aj na výžive rastlín a klimatických podmienkach. V strednej Európe je iný typ pôdy ako v Afrike či Južnej Amerike. Dôležité je aj to, ako ju hnojíme a tiež aj koľko v danom roku prší. Keď prší priveľa, dusík sa môže z pôdy vyplaviť a pre rastlinu už nezostane veľa, takže obsah bielkovín sa zníži. Je to veľmi zložité a môže sa to meniť dokonca aj každý rok aj na tom istom políčku. Preto treba testované odrody sledovať aj niekoľko rokov.

V Genovej banke v Prahe majú strašne veľa odrôd, ktoré dostávajú od genových bánk z celého sveta. Sú uskladnené v obrovských mrazákoch - teda lepšie povedané v mrazivých skladoch. Keď sa vyseje na pokusné políčko nejaká nová odroda, zaznamenáme si, koľko dní trvalo, kým vyklíčila, koľko dní trvalo, kým mala prvé kvety a nakoniec, kedy dozreli jej plody. Počítame aj, koľko mala listov, akú mala výšku, aký mala priemer stonky. Zaznamenáme si farbu a dĺžku listov a kvetov (súkvetí). Keď semienka dozrejú, popíše sa ich farbu a veľkosť, spočíta sa, aké boli výnosy. Odváži sa 1000 semienok. Na to tam majú špeciálny prístroj, ktorý počíta semienka (niečo podobné ako v bankách počítač mincí).

23c.jpg2-5.jpg5-2.jpg

Všetko to sú ale morfologické znaky. Jedna odroda sa na druhú môže vlastne veľmi podobať, ale v ďalšom roku môže napríklad viac pršať a jedna z nich porastie viac a už budú trochu iné. Preto je nevyhnutné poznať ich po genetickej stránke.

Kedže genómy rastlín zvyknú byť extrémne veľké, neprichádza do úvahy sekvenovať každú novú odrodu ako sa to zvykne robiť v prípade baktérií. Existujú spôsoby, ako získať istý "odtlačok prsta" pre každú odrodu akejkoľvek plodiny. Vyextrahujeme DNA našich odrôd a podrobíme ju metódam RFLP, AFLP alebo RAPD. Nechcem ich tu rozoberať detailne, ale ide o to, že genetickej analýze nepodrobíme celý obrovský genóm rastliny, ale len jeho určité kúsočky. Každá z týchto metód využíva iný spôsob, ako tieto kúsočky získať. Existujú napríklad krájacie enzýmy, ktoré dokážu rozstrihnúť DNA presne za určitou špecifickou sekvenciou. Napríklad enzým, ktorý sa volá EcoRI strihá DNA sekvenciu GAATTC presne za písmenkom G, ak za ním nasleduje AATTC. Teraz si tu vymyslím jeden príklad. Odroda X sekvenciu:

G-AATTCAAAATTTTGTGTGTCCCGCTG-AATTC.

Keď sa DNA rozstrihne za prvým a druhým špecifickým G-AATTC, tak dostaneme sekvenciu o dĺžke 26 písmen.

Ak má odroda Y sekvenciu:

G-AATTCAAAATTTTGTGTGTCCCGCTAATTCAAAATTTTGTGTGTCCCGCTG-AATTC

tak po pôsobení tým istým enzýmom dostaneme kúsok, ktorý bude dlhý 51 písmen.

Takto zistíme, že je medzi odrodami nejaký X a Y rozdiel, aj bez toho, aby sme ich museli celé osekvenovať.

Ďalší prístup, ktorý som už trochu vysvetľovala v predchádzajúcom blogu, je metóda PCR. Na DNA rastliny sa naviažu isté primery, teda krátke úseky DNA (cca 10 písmen), ktoré v tomto prípade majú také všeobecné sekvencie, takže si môžeme byť istí, že sa určite na nejakú časť genómu prilepia a nemusíme ani poznať presnú sekvenciu genómu. PCR spočíva v tom, že sa vďaka opakovaným cyklom zvyšovania a znižovania teploty, namnoží len ten úsek DNA, ktorý sa nachádza presne len medzi dvojicou primerov. Takže zase získame informáciu len o určitých kúsočkoch genómu, ale to nám stačí na to, aby sme dostali obrázok akože odtlačku prstu danej odrody.

Akúkoľvek metódu použijeme, stále to končí tým, že DNA nanesieme na agarózový gél v takzvanej elektoforéznej vaničke, kde sa pôsobením elektrického prúdu negatívne nabitá DNA posunie od záporného pólu ku kladnému. Pritom platí, že sa kratšie kúsočky DNA posúvajú rýchlejšie. Ak pridáme k DNA špeciálne flourescentné farbivo, tak môžeme vidieť pod UV svetlom, ako to celé dopadlo. Uvidíme, ktorá odroda má dlhší či kratší kúsoček a ktorej nejaký kúsoček chýba. Tu je jeden priklad, ktorý som našla na internete.

AFLP.JPG

Vedci sa vždy hádajú, ktorá z metód RFLP, AFLP alebo RAPD je na identifikáciu odrôd najlepšia. Budúcnosťou je určite sekvenovanie celých genómov rastlín. Ideálne by bolo, keby sme to v budúcnosti dokázali robiť tak rýchlo a efektívne ako teraz dokážeme skladať genómy baktérií. Napríklad taký genóm pšenice má cca 17 000 000 000 písmen, čo je 5 krát viac než človek. Nejaká obyčajná baktéria má len 4 milióny písmen.


Mne osobne sa veľmi nepáči pozerať sa na genetickú výbavu rastlín v podobe kúsočkov DNA, ale radšej mám globálny pohľad. Keďže nie je možné získať celý genóm danej odrody, môžeme pracovať aj s bielkovinami. Tu len tak pripomeniem, že DNA je vzor na tvorbu RNA a RNA je vzor na tvorbu aminokyselín, z ktorých sú zložené bielkoviny. Samozrejme, počas života rastliny a v každej časti rastliny sa využíva iná časť DNA. Keď ale začneme pracovať so semienkami, teoreticky máme k dispozícií celý genetický materiál zmenšený do veľkosti semienka. Kedže semienko môžeme označiť akoby za bod 0 v živote rastliny, kde rastlina vlastne ešte nič nerobí a toto aplikovať na všetky skúmané odrody, môžeme ich spokojne porovnávať.

Funguje to podobne ako v prípade DNA. Aj proteíny sa dokážu posúvať v elektrickom poli a rozdeliť sa podľa veľkosti. Gél, v ktorom sa pohybujú, ale nie je z agaru, ale z dosť nebezpečných chemických látok. Keď pokus skončí, musíme nafarbiť celý gel modrým farbivom, čo trvá niekoľko hodín a potom odfarbiť. Nakoniec zase dostaneme prúžky, čo sú naše proteíny rozdelené podľa veľkosti a môžeme porovnávať, ktorá odroda istý prúžok má a ktorá nie a akej sú hrúbky. Niekedy je tých prúžkov dosť veľa, čo zhoršuje identifikáciu. Proteíny, ktoré sme získali z celého semienka majú rôzne vlastnosti. Niektoré sa rozpúšťajú vo vode, iné v určitom roztoku alkoholu. Ak si ich rozdelíme podľa rozpustnosti a potom oddelene nanesieme na gél, získame menší počet prúžkov a teda lepší prehľad o rozdieloch medzi odrodami. Na nasledujúcom obrázku si všimnite sami, že v pravej časti gélu je jasne vidieť, že isté hrubé prúžky sú nižšie ako iné.

3.6.jpg

Dnešná technika napreduje tak, že celý proces prípavy nebezpečného gelu (obrázok naľavo) a jeho farbenia a odfarbenia, čo trvá všetko asi 2-3 dní, sa dá urobiť počas pol hodiny na jednom maličkom čipe (obrázok v strede). Tento čip je ako maličká elektroforéza a vzorky sa doňho nanášajú cez malé dieročky. A celý výsledok dostaneme v digitálnej forme (napravo). To nám umožní poznať veľkosť proteínu a dokonca aj jeho koncentráciu.

4859_1163533615638_3722876_n.jpgExperion_DNA_1K_12K_Analysis_Kits.summ.jpgbiorad.jpg

Tieto dva údaje som spojila do matematického výpočtu podobnosti a takáto identifikácia amarantu nám nakoniec vyšla v spomínamom Journal od Cereal Science. Verejnosti je ale dostupný iba abstrakt, ale keď chcete vedieť niečo viac o zbierkach odrôd amarantu v Prahe, tak si kliknite na elektronickú knihu Genetic diversity in plants, kde máme jednu kapitolu.

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

KOMENTÁRE

Van der Bellen nevyhral, to len populizmus porazil sám seba

Miloš Zeman sa tešil predčasne. Ukazuje sa, že víťazstvá radikálov či populistov nie sú ani v dnešnej dobe samozrejmosťou.

KOMENTÁRE

Renzi dal sám sebe mat. Dostala ho aj Európa?

Taliansky výsledok je politicky nepomerne ďalekonosnejší než rakúsky.

SVET

Taliansky premiér Renzi po prehre v referende podá demisiu

Hlasovanie zaznamenalo vysokú účasť.


Už ste čítali?