Výzkum

  1. Genetika allopolyploidního jádra

Polyploidie je genomová multiplikace (3x, 4x, etc.), kdy dojde minimálně ke zdvojení chromozomové sady. Tento jev je rozšířený u krytosemenných rostlin. Až 80 % druhů je polyploidních a ukazuje se, že i některé diploidní druhy jsou ve skutečnosti palaeopolyploidní. Pokud dojde k mezidruhovému zkřížení druhů, nazýváme tento proces allopolyploidizací. Allopolyploidizace vede často k obnovení fertility u nově vzniklých hybridů, představuje hnací sílu sympatrické speciace rostlin. Vlivem allopolyploidizace dochází v jednom stejném genomu, k promíchání odlišných (divergovaných) sekvencí, které pochází od různých druhů. Primárním vědeckým záměrem je pochopení vlivu polyploidie na vývoj rostlin, strukturu rostlinného genomu, jeho dynamiku, organizaci a zároveň na systematiku a biodiverzitu u rostlin.

Výzkum je zaměřen na:

  • Genetické a epigenetické interakce v allopolyploidním jádře.
  • Vývoj genů a genomů u prastarých a recentních allopolyploidních druhů.
  • Konstrukce syntetických allopolyploidních linií.
  1. Struktura, organizace a exprese ribozomálních RNA genů

Ribozomální RNA představují až 60 % hmotnosti ribozomu, kde katalyzují syntézu proteinů. V eukaryotech máme čtyři ribozomální geny, které kódují tyto RNA. Velký rDNA operon znám jako 35S nebo 45S rDNA zahrnují geny 18S, 5.8S, 26S. Menší lokus představuje 5S rDNA. Počty rDNA lokusů se pohybují od 50 až 13000 kopiích na buňku. Vzhledem k jejich univerzálnosti a konzervativní sekvenci, rDNA jsou hojně využívány pro studium evolučních příbuzností mezi organismy napříč jejich fylogenetickým vývojem. Často jsou také využívány jako molekulární markry při šlechtění a pro identifikaci druhů, vzorků z definovaných lokalit.

Hlavními cíli jsou vývoj a poskytování informací o číslech a pozicích ribozomálních DNA genů a jejich struktuře. Jsou vytvářeny a neustále aktualizovány online databáze, které poskytují informace o rDNA v rostlinných a živočišných systémech.

  • Živočišná rDNA databáze:

            https://www.animalrdnadatabase.com/

  • Rostlinná rDNA databáze:

            http://www.plantrdnadatabase.com

Další zaměření výzkumu je směrováno na studium epigenetické regulace exprese rDNA genů v polyploidních genomech a pochopení mechanismů, které udržují uniformitu mnohokopiových lokusů rDNA.

  1. Organizace a evoluce satelitních repetic

Termínu satelitní DNA byla připsána ta část genomu, kterou lze oddělit od většiny DNA centrifugací vztlakové hustoty (buoyant density gradient centrifugation), kdy jsou molekuly satelitní DNA na základě obsahu AT/GC bází odděleny od zbytku DNA a vytvoří separovaný hustotní gradient. Vysoce repetitivní satelity mohou zaujímat velkou část eukaryotního genomu (u některého hmyzu až 50 %). Někdy jsou repetice velkou částí genomu a specifické pro členy jednoho rodu a jindy se mohou vyskytovat pouze v malém počtu druhů. Úroveň amplifikace repetic se může u vyšších rostlin lišit u přirozených a šlechtěných druhů. Evoluce satelitních sekvencí se řídí tzv. konceptem koncertované evoluce, což znamená, že velká skupina kopií jedné satelitní DNA rodiny vykazuje vysokou vnitrodruhovou podobnost v kontrastu s relativně vysokou mezidruhovou diverzitou a počtem kopií sekvence.

Výzkum je zaměřen na:

  • Izolace a charakterizace satelitních repetic z různých rostlinných druhů.
  • Rozšíření satelitních repetic na chromozomech.
  • Chování satelitních repetic v allopolyploidních genomech.
  • Strukturní vlastnosti satelitní DNA.
  • Epigenetické modifikace satelitních repetic.
  1. Epigenetická kontrola umlčování genů

Umlčování transgenů u rostlin je velmi dobře popsaný jev. Obecně lze říct, že inzerce určitého genu do rostliny může vyvolat umlčení vlastního genu rostliny nebo transgenu na základě homologie sekvencí. V celé řadě případů dojde k umlčení zároveň transgenu a nativního genu (kosuprese). V menší míře dochází k umlčení unikátní inserce např. reporterového genu. Je známo, že epigenetické mechanismy kontrolují genovou expresi umlčováním genů na dvou úrovních: transkripční (TGS) a posttranskripční (PTGS). Oby typy umlčení jsou spojeny s metylací DNA, což je běžná epigenetická modifikace DNA vyšších eukaryotních organismů.

Výzkum je zaměřen na:

  • Vývojová a environmentální kontrola genového umlčování.
  • Dynamika a vývoj umlčeného stavu.
  • Chemické látky, které ovlivňují genové umlčení.
  • Dědičnost a udržování umlčeného stavu.
  • Molekuly zprostředkující genetické a epigenetické interakce mezi homologními lokusy.
  1. Vývoj epigenetických léčiv

Epigenetické mechanismy založené na kovalentních modifikacích chromatinu hrají hlavní úlohu v celé řadě základních biologických procesů, jako transkripce, rekombinace, eliminace DNA. Na úrovni buňky a organismu jsou epigenetické mechanismy, které regulují změny mezi heterochromatinem a euchromatinem; imprintingem a celou řadou dalších vývojových procesů. Změny v epigenetickém programování se často vyskytují v lidských onemocněních, včetně rakoviny. Z toho plyne, že je nutné vyvíjet léky, které působí v epigenetických regulačních drahách. Většina eukaryotických organismů si vytvořila metylaci aminokyselinových zbytků histonových proteinů a metylaci cytosinu DNA. Metylace je katalyzována specifickými enzymy, které mohou být na různých úrovních inhibovány. Cílem výzkumu je vývoj nových inhibitorů metylace DNA a histonů.