Výzkumný tým 15: Molekulární genetika

Vedoucí týmu: RNDr. Mgr. Leona Svobodová, Ph.D.
 
Pracovní pozice a specializace: vědecký pracovník – populační a vývojová biologie, studium agrobiodiverzity, statistické zpracování dat, vývoj molekulárních markerů
 
Rámec a cíle výzkumu v týmu:
Činnost týmu je dlouhodobě zaměřena na aplikaci moderních technik molekulární genetiky při plnění klíčových oblastí výzkumu: udržitelného hospodaření s přírodními zdroji a udržitelné produkce potravin. Tým soustřeďuje svůj zájem zejména do těchto oblastí:
  1. Identifikace a charakterizace druhů a odrůd na úrovni genotypu pro potřeby jejich ochrany a odhalování falšování při produkci potravin.
  2. Studium biodiverzity na úrovni populací hospodářsky využitelných druhů rostlin a jejich patogenů.
  3. Studium genetické podmíněnosti hospodářsky významných znaků na úrovni genomu a transkriptomu.
  4. Vývoj molekulárních markerů pro potřeby šlechtění a dalších oblastí.
  5. Validace nových metod detekce GMO, bezpečnost nakládání s GMO a podpora státní správy při kontrolách dodržování koexistence odlišných způsobů hospodaření.
Do budoucna tým plánuje rozšíření metodických přístupů, které umožní hledat odpovědí na aktuální otázky praxe, prohloubit know-how týmu a rozšířit zejména mezinárodní spolupráci týmu.
Tým spolupracuje s dalšími týmy v rámci VÚRV, v.v.i. i s dalšími institucemi, především v ČR.

Specifikace činností:
 
Výzkum
  • vývoj a validace metod pro identifikaci druhů, odrůd a komodit
  • analýza populací hospodářsky významných druhů rostlin a patogenů v agroekosystémech na úrovni genotypu
  • studium genů a jejich regulace podmiňující hospodářsky významné znaky, zejména reakce rostlin na stresy, včetně nedostatku živin
  • vývoj molekulárních markerů pro potřeby šlechtění
  • bezpečnost GMO v agroekosystémech a potravním řetězci, jejich vývoj a stanovení
Další činnosti
  • poskytování služeb pro orgány státní správy a státního dozoru (SZPI, ÚKZÚZ, MZe ČR, MŽP, soukromé subjekty)
  • validační studie pro EU-RL při JRC EC Ispra a pro IRMM JRC EC Geel
  • poradní skupina pro MZe ČR – otázky koexistence odlišných způsobů rostlinné výroby, bezpečnost GM, diagnostika GM
  • poradní skupina pro MŽP – bezpečnost GM, diagnostika GM
  • poradní skupina pro ČIŽP
  • školení a poradenství pro orgány státní správy a státního dozoru, zemědělce, potravinářský průmysl
  • charakterizace genetických zdrojů rostlin v rámci Národního programu zachování genetických zdrojů rostlin a agrobiodiversity
  • vedení bakalářských, diplomových a disertačních prací
Jiné činnosti (služby)
  • zakázky pro privátní subjekty
 
Další členové týmu:
doc. RNDr. Jaroslava Ovesná, CSc.: vedoucí odboru, vedoucí vědecký pracovník – vedoucí Národní referenční laboratoře pro identifikaci GMO a DNA fingerprinting
Ing. Tereza Sovová, Ph.D.: vědecký pracovník, zástupkyně vedoucí týmu – zavádění nových metod a postupů pro identifikaci GMO
Ing. Pavel Svoboda, Ph.D.: asistent výzkumu – bioinformatika a statistické zpracování dat
Ing. Lucia Koláriková: asistent výzkumu (Ph.D. student) – bioinformatika, analýzy transkriptomu

Ing. et Ing. Michaela Jungová, DiS.: asistent výzkumu (Ph.D. student) – studium diverzity, vývoj molekulárních markerůIng. Lucie Krajči: odborný pracovník – zástupkyně vedoucího NRL GMO, molekulární diagnostika GMO

Ing. Světlana Dvořáková: odborný pracovník – metrolog, vedení agendy NRL GMO a týmu

Ing. Lenka Drábková: asistent výzkumu – molekulární diagnostika GMO (mateřská dovolená)

Ladislava Svobodová: technik-laborant – izolace a analýzy DNA z potravinářských matric, zajištění chodu NRL GMO

Hana Udavská: technik-laborant – izolace DNA z rostlin a patogenů, provádění pokusů a analýz, zajištění chodu výzkumné laboratoře

Kontakty na pracovníky týmu (telefon, mobil, e-mail) naleznete zde.

 
Nejnovější aktuální výsledky týmu:
 
Vzpomínka na dobu ledovou nebo superpotravina budoucnosti?
Struktura populací ostružiníku morušky (Rubus chamaemorus), pocházející z Krkonoš, Norska a Špicberk byla zkoumána pomocí analýzy mikrosatelitů (SSR). V souboru 184 analyzovaných vzorků bylo nalezeno 162 rozdílných genotypů. Celková míra genové diverzity byla vysoká (ĥ = 0,463). Rovněž byla nalezena vysoká míra genetické diferenciace populací (FST = 0,45; p < 0,01), která naznačuje, že k toku genů dochází pouze v omezené míře mezi některými populacemi. Analýzou pomocí Bayesovského přístupu bylo identifikováno 6 shluků, které reprezentují 6 genetických populací studovaného souboru dat (Obrázek 1). Vliv těchto genetických populací, z nichž jsou genotypy složeny, se odráží i ve výsledcích shlukové analýzy, analýzy hlavních komponent (PCA) provedené na základě matice genetických vzdáleností a analýzy vícerozměrného škálování (MDS). Hodnota korelačního koeficientu mezi genetickými a geografickými vzdálenostmi jednotlivých lokalit (r = 0,44) naznačuje, že k toku genů mezi populacemi zřejmě dochází i na delší vzdálenosti. Exaktní test diferenciace populací ukázal, že populace ostružiníku morušky z Krkonoš, Norska a Špicberk jsou geneticky diferencované, i když v nich existují jedinci a celé populace sdílející tytéž alely. Tyto výsledky byly potvrzeny statistickou analýzou molekulární variance (AMOVA), kde byla nalezena nejvyšší míra diverzity v rámci populací (70,8 %). Párový test diferenciace populací ukázal, že 87 párů populací (18,7 %) není na úrovni α = 0,99 statisticky významně diferencováno a dochází tedy mezi nimi k toku genů. Z uvedených výsledků vyplývá, že české a norské populace ostružiníku morušky podstupují proces diferenciace populací, který konzervuje unikátní sestavu alel pravděpodobně z původních populací z období poslední doby ledové. Tento proces je však u některých populací přerušován tokem genů z populací současného hlavního výskytu tohoto druhu.

Obrázek 1: Mapa studovaných lokalit ostružiníku morušky s výsledky analýzy struktury populací

Přínosy:
Jedná se hlavně o přínos pro management ochrany tohoto u nás kriticky ohroženého druhu. Pro kolegy z Norska, kde je ostružiník moruška ekonomicky důležitou plodinou, je cenná informace o míře variability populací v Norsku, která umožňuje šlechtění nových odrůd.

Citace:
Leišová-Svobodová, L., Phillips, J., Martinussen, I., Holubec, V. 2018. Genetic differentiation of Rubus chamaemorus populations in the Czech Republic and Norway after the last glacial period. Ecology and Evolution, 8: 5701-5711.

 

První krok v testování ovocných marmelád
Extrakce DNA je důležitým krokem PCR analýzy speciálně u vzorků potravin, kde může být DNA degradována a může obsahovat látky inhibující PCR. V této studii byly testovány tři protokoly pro extrakci DNA – dvě komerční soupravy: DNeasy® Plant Mini Kit a NucleoSpin®Food a protokol založený na použití detergentu CTAB na extrakci DNA z komerčně dostupných ovocných marmelád (Obrázek 2). Čtrnáct marmelád s různým obsahem ovoce, cukru a dalších aditiv byla extrahována DNA vždy ve třech opakováních. Koncentrace a kvalita DNA byla ověřena spektrofotometricky a elektroforeticky v agarózovém gelu. Následně byla DNA testována pomocí PCR amplifikací kódující sekvence pro tRNA-Leu (Obrázek 3). Vzorky DNA extrahované pomocí NucleoSpin® Food kitu nebyly amplifikovatelné v osmi případech. Vzorky DNA extrahované pomocí detergentu CTAB nebyly kvantifikovatelné. Pouze DNeasy® Plant Mini Kit poskytoval amplifikovatelné vzorky DNA v dostatečné koncentraci a kvalitě.

 

Obrázek 2: Vzorky ovocných marmelád
Obrázek 3: Elektroforetogram PCR amplifikace sekvence tRNA-Leu
Přínosy:
Výsledky jsou přínosem pro všechny laboratoře, které potřebují extrahovat DNA ze vzorků potravin, zejména z ovocných marmelád.
Citace:
Sovová, T., Křížová, B., Ovesná, J. 2018. Determining the optimal method for DNA isolation from fruit jams. Czech J. Food Sci., 36: 126-132.
Pýr plazivý – obtížný plevel se strategií, jak na změny klimatu
Plané příbuzné druhy hospodářsky významných druhů představují potenciálně cenný zdroj genetické variability, zejména v kontextu zlepšení úrovně tolerance plodin k abiotickému stresu. Genetický základ tolerance však zůstává značně neprobádán. Tato studie se zaměřila na charakterizaci transkriptomické odpovědi oddenkových uzlin (meristematická tkáň) pýru plazivého (příbuzný druh ječmene) na dehydratační stres a její srovnání s odezvou odnožovacího uzlu k suchu tolerantního a citlivého genotypu ječmene. Na základě dosažených výsledků bylo konstatováno, že odolnost oddenkových uzlin pýru plazivého vůči dehydratačnímu stresu vychází ze změn na úrovni genů spojených s tvorbou efektivnější kořenové architektury a lipidové bariéry na jejich vnějším povrchu, z indukce transportérů a přeprogramováním vývoje koordinovaného kyselinou abscisovou. V rámci studie byla rovněž prokázána použitelnost DNA čipu určeného pro analýzu ječmene i pro analýzu stresové odpovědi pýru plazivého.
Obrázek 4: Venn diagram diferenciálně transkribovaných genů
Přínosy:
Výsledky dosažené při řešení tohoto projektu podstatně rozšiřují soudobé poznatky o adaptačních mechanizmech rostlin vystavených působení abiotických stresů. Vzhledem ke genetické příbuznosti pýru plazivého s ječmenem setým se předpokládá využití získaných poznatků při cílené konstrukci genotypů ječmene a příbuzných druhů odolných k suchu, které jsou, zvážíme-li narůstající dopad tohoto stresoru na rostlinnou produkci a očekávaný nárůst lidské populace, jedním z předpokladů zajištění potravinové bezpečnosti do budoucna. Získané poznatky mohou být také využity při vývoji efektivnějších metod regulace zaplevelení pýru plazivého.
Citace:
Janská, A., Svoboda, P., Spiwok, V., Kučera, L., Ovesná, J. 2018. The dehydration stress of couch grass is associated with its lipid metabolism, the induction of transporters and the re-programming of development coordinated by ABA. BMC Genomics, 19.
K čemu je dobrý virus CaMV?
Virus mozaiky květáku (Cauliflower mosaic virus, CaMV) je významným patogenem plodin rodu Brassiceae. Znám je jeho 35S promotor, který je velmi silným konstitutivním promotorem využívaným v transgenezi rostlin pro zesílení transkripce vkládaného genu. V rámci této práce byl nalezen a úplně charakterizován izolát S1 CaMV. Sekvence byla vložena do veřejné databáze. Pomocí programu MEGA4 byla provedena blast analýza a poté shluková analýza nalezených sekvencí, která dokumentuje míru příbuznosti izolátu S1 CaMV k dalším izolátům. Geneticky nejblíže je k izolátu S1 CaMV izolát D/H viru CaMV a dále izoláty z Francie a Velké Británie (Obrázek 5). Navržené primery byly validovány a slouží jako markery pro detekci viru v pletivech hostitele a v dalších matricích. Připravený standardy slouží jako pozitivní kontrola při detekci viru.
Obrázek 5: Dendrogram sestrojený na základě úplné sekvence viru CaMV
Přínosy:
Byl nalezen a úplně charakterizován izolát S1 CaMV. Sekvence byla vložena do veřejné databáze. Navržené primery byly validovány a slouží jako markery pro detekci viru v pletivech hostitele a v dalších matricích. Připravené standardy slouží jako pozitivní kontrola při detekci viru.
Citace:
Leišová-Svobodová, L., Svoboda, J., Sovová, T., Svoboda, P., Kučera, L. 2018. Plasmidový standard pro detekci viru CaMV, Užitný vzor, Úřad průmyslového vlastnictví, číslo zápisu 32407.
Leišová-Svobodová, L., Svoboda, J. 2018. Charakterizace izolátu viru CaMV S1 a jeho využití. Úroda, 66 (12 věd. př.): 227-230.

 
Řešené projekty:

Národní
  • MZe RO0418 DKRVO:
    Záměr 15: Analýza genomu pro hodnocení agrobiodiverzity
    Záměr 30: Zajištění kvality vstupních surovin a potravin na trhu s využitím molekulárních metod a biotechnologických postupů
  • GAČR 20-14649S: Pulzní elektrické pole jako inovativní nástroj snižující výskyt mikromycet rodu Fusarium a mykotoxinů v řetězci ječmen-slad-pivo
  • NAZV QK1810102: Vývoj perspektivních genotypů ovsa s nízkou celiakální reaktivitou a vysokou nutriční kvalitou
  • NAZV QK1910197: Strategie minimalizace dopadu sucha na udržitelnou produkci a sladovnickou kvalitu ječmene
  • NAZV QK1910476: Zvýšení výnosů a kvality produkce česneku výběrem suchovzdorných a chladuvzdorných klonů na základě molekulárně genetické analýzy
  • TAČR Národní centrum kompetence č. TN01000062: Biotechnologické centrum pro genotypování rostlin
  • Praha – pól růstu ČR

Mezinárodní

  • H2020 BRESOV
  • H2020 SmartAgri
  • H2020 AGENT – Activated Genebank Network


Seznam vybraných publikací:

Články v impaktovaných časopisech

  • Faltusová, Z., Pavel, J., Vaculová, K., Chrpová, J. & Ovesná, J. 2018. Identification of suitable reference gene for quantitative transcription analysis (RT-qPCR) of Fusarium culmorum genes in infected barley plants. Journal of Cereal Science, 79: 418-423.
  • Hrbek, V., Rektorisová, M., Chmelařová, H., Ovesná, J. & Hajšlová, J. 2018. Authenticity assessment of garlic using a metabolomic approach based on high resolution mass spectrometry. Journal of Food Composition and Analysis, 67: 19-28.
  • Janská, A., Svoboda, P., Spiwok, V., Kučera, L. & Ovesná, J. 2018. The dehydration stress of couch grass is associated with its lipid metabolism, the induction of transporters and the re-programming of development coordinated by ABA. BMC Genomics, 19
  • Mitrová, K., Svoboda, P., Milella, L. & Ovesná, J. 2018. Alliinase and cysteine synthase transcription in developing garlic (Allium sativum L.) over time. Food Chemistry, 251: 103-109.
  • Leišová-Svobodová L., Michel S., Tamm I., Chourová M., Janovská D., Grausgruber H. (2019): Diversity and pre-breeding for local adaptation in oat (Avena sativa L.) Sustainability 11, 6950.
  • Matušinsky P., Leišová Svobodová L., Svačinová I., Havis N., Hess M., Tvarůžek L. (2019): Population genetic structure of Microdochium majus and Microdochium nivale associated with foot rot of cereals in the Czech Republic and reaction to penthiopyrad. European Journal of Plant Pathology 155: 1-12.
  • Leišová-Svobodová L., Phillips J., Martinussen I., Holubec V. (2018): Genetic differentiation of Rubus chamaemorus populations in the Czech Republic and Norway after the last glacial period. Ecology and Evolution 8: 5701-5711.
  • Holubec V., Leišová-Svobodová L., Matějovič M. (2019): Spontaneous hybridisation within Aegilops collection and biobanking of CWR. Genetic Resources and Crop Evolution 66(2): 311-319.
  • Holubec V., Smekalova T., Leisova-Svobodova L. (2019): Morphological and molecular evaluation of the Far East fruit genetic resources of Lonicera caerulea L. Genetic Resources and Crop Evolution 66(1): 121-141.

Články v neimpaktovaných recenzovaných časopisech

  • Svobodová L. (2019): Šlechtění ječmene na sladovnickou kvalitu pro CHZO České pivo. Agrobase 11:14-15.
  • Leišová-Svobodová L., Holubec V. (2019): Výskyt a genetická variabilita rybízů v Krkonošském národním parku. Bio 6: 12-14.
  • Sovová T. (2019): Šlechtění pomocí editace genomu: příležitost nebo hrozba? Agrobase 11: 34-35.

Certifikované metodiky

  • Mitrová K., Svobodová L., Ovesná J. (2017): Detekce pěti virů česneku kuchyňského metodou SYBR Green real-time PCR. Certifikovaná metodika, Praha, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., ISBN 978-80-7427-236-3.
  • Ovesná J., Drábková L., Kučera L. (2017): Metodika pro rozlišení rýže (Oryza sativa L.) typu Basmati pomocí délkového polymorfismu mikrosatelitů. Certifikovaná metodika, Praha, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., ISBN 978-80-7427-239-4.
  • Sedláček T., Svobodová-Leišová L., Psota V., Matušinsky P. (2017): Šlechtění jarního ječmene na kvalitu pro výrobu CHZO „České pivo“ a rezistenci vůči hlavním houbovým chorobám. Certifikovaná metodika, MDS, Brno, ISBN 978-80-7392-272-6.
  • Ovesná, J., Kučera, L., Sovová, T., Mitrová, K. & Pouchová, V. 2016. Metodika vzorkování GM rostlin při jejich nezáměrném výskytu v životním prostředí, Praha, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 169 pp. ISBN 978-80-7427-230-1.
  • Mitrová, K. & Ovesná, J. 2015. Použití metody analýzy mikrosatelitů pro charakterizaci odrůd cibule, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha, 17 pp. ISBN 978-80-7427-196-0.
  • Mitrová, K., Ovesná, J. & Svobodová, L. 2015. Použití metody analýzy mikrosatelitů pro charakterizaci odrůd česneku, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha, 17 pp. ISBN 978-80-7427-195-3.

Užitné vzory

  • Sovová T., Svoboda P., Svobodová L., Ovesná J. (2019): Sada primerů pro určení počtu kopií genu enzymu aliinázy v česneku pomocí digitální PCR, Užitný vzor PUV2019-36203, číslo zápisu 33169.
  • Svoboda J., Svobodová L., Komínek P., Parnica J., Brožová J., Sovová T., Svoboda P. (2019): Kmen viru ZYMV-K pro křížovou ochranu rostlin čeledi Cucurbitaceae, Užitný vzor PUV2019-36823, číslo zápisu 33504.
  • Ovesná, J., Kučera, L. & Pavel, J. (2018): Reakční směs pro detekci variability DNA u konopí setého pomocí PCR.
  • Svobodová L., Sedláček T., Kučera L. (2018): Kodominantní marker sladovnické kvality ječmene pro CHZO České pivo. Užitný vzor, Úřad průmyslového vlastnictví, číslo zápisu 30963.
  • Leišová, L., Svoboda, J., Sovová, T. & Svoboda, P. (2018): Plasmidový standard pro detekci viru CaMV Užitný vzor, číslo zápisu 32407.
  • Svobodová L., Sedláček T. (2017): CAPS marker sladovnické kvality ječmene pro CHZO České pivo. Užitný vzor, Úřad průmyslového vlastnictví, Užitný vzor, číslo zápisu 30241.
  • Svobodová-Leišová, L. & Sedláček, T. 2016. PCR markér sladovnické kvality ječmene pro CHZO České pivo. Užitný vzor číslo zápisu 29790.
  • Mitrová, K. & Ovesná, J. 2015. Reakční směs pro normalizaci genové exprese genů v různých ontogenetických fázích vývoje česneku F – užitný vzor
  • Mitrová, K. & Ovesná, J. 2015. Sady primerů pro stanovení odrůdové pravosti cibule analýzou mikrosatelitů (SSR) F – užitný vzor

Funkční vzorky, prototypy

  • Leišová, L. 2018. Osivo standardů – souboru odrůd pšenice seté (Triticum aestivum L.) – pro SSR analýzu, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
  • Ovesná, J., Kučera, L., Říha, R. & Hajšlová, J. 2015. Standard panenského konopného oleje, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.

Poloprovoz

  • Ovesná, J. & Velát, F. 2016. Poloprovoz – stroj na ořezávání natě česneku 2016 PRG, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Fomex Team, spol. s.r.o.
  • Ovesná, J. 2015. Linka na rozdružování cibulí česneku 2015PRG, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Fomex Team spol. s.r.o., Riegel Josef.

Úplný přehled publikací členů týmu naleznete zde.

_______________________________________________
Webová stránka týmu byla aktualizována k 10.03.2020