Mutace v plastidovém genu psbA u zelené řasy Chlamydomonas reinhardtii
Jednobuněčná zelená řasa Chlamydomonas reinhardtii je oblíbeným modelovým organismem pro studium fotosyntézy u eukaryotních organismů. Právě na této řase se zkoumá i protein D1, který je klíčovou součástí mechanismu pro přenos elektronů během fotosyntézy. Podílí se na přenosu elektronů v redukční části fotosystému II. Tento protein je kódovaný genem psbA, který nesídlí v jaderném genu, ale v genomu chloroplastu dotyčné řasy. Vyskytuje se tam ve dvou identických kopiích. Jeden gen psbA obsahuje čtyři introny, tedy úseky DNA, které se nepřekládají do výsledného proteinu. Díky tomu obsahuje gen psbA zhruba 7 tisíc párů bází. Jeho značná velikost komplikuje jeho genetické manipulace i jeho výzkum jako takový.
Pro výzkum funkce takového genu jsou velmi cenné cílené mutace, které pozmění vybraná místa sekvence genu. Genetici pak mohou sledovat, jak se taková mutace projeví na funkci produktu genu, v tomto případě proteinu D1. Volha Shmidt z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a její kolegové se rozhodli zavést do genu psbA mutaci, o které bylo z dřívějšího výzkumu známo, že se u sinice Synechocystis sp. PCC6803 podílela na zvýšení stability fotosyntézy vůči změnám teploty. Použili k tomu mechanismus homologní rekombinace s genem psbA řasy Chlamydomonas reinhardtii, tedy velmi precizní proces, který se jinak uplatňuje při opravě poškozené části dvoušroubovice DNA.
Badatelé během svého výzkumu vyvinuli novou strategii pro cílenou mutagenezi homologní rekombinací, která je odvozená z postupů homologních rekombinací na úrovni celého genomu, již dříve úspěšně použitých u kvasinek Saccharomyces cerevisiae. Nový postup se osvědčil a vedl k získání řas Chlamydomonas reinhardtii, které měly požadovaným způsobem zmutovaný gen psbA. Výsledky experimentů ukázaly, že se taková mutace neprojevuje zlepšením fotosyntézy řasy v prostředí ze zvýšenou teplotou. Cenný výsledkem je ale ověření účinnosti nového postupu pro cílené mutování genů, které je možné použít i pro velké geny, jako je právě psbA.
Kontakt: Volha Shmidt, MSc. (vschmidt at ufb.jcu.cz)
