Říká jim familiárně „kytky“. I když se Filip Kolář z Přírodovědecké fakulty UK dnes věnuje evoluční biologii, duší zůstává botanikem. Nejlepší výzkumné otázky ho totiž napadají v terénu mezi rostlinami. V minulosti ho dovedly jak k získání prestižního ERC Starting grantu, tak letos ke grantu ERC CZ. Nyní se on a jeho tým pokusí rozklíčovat, jakým způsobem se rostliny se znásobeným množstvím DNA, kterým se říká „nadějné obludy“, přizpůsobují měnícím se podmínkám prostředí. Výsledky mohou napovědět, jak bude příroda reagovat na probíhající klimatické změny.
Před nedávnem jste dokončil práci na projektu podpořeném ERC Starting grantem. Jaké byly ty velké otázky, na které jste hledal spolu se svým týmem odpovědi?
Projekt byl zaměřený na celogenomovou duplikaci, tedy polyploidizaci. Jde o vůbec nejrazantnější mutaci, jakou z přírody známe. Nemění se při ní pouze jedno písmenko v genetickém kódu nebo jeden gen, ale najednou se dvojnásobí úplně všechny geny v genomu celého organismu. Z toho můžeme předpokládat, že tak velká mutace musí mít na organismus obrovský vliv.
Překvapivé je, že na rozdíl třeba od lidí, pro které je tato mutace smrtelná, je u rostlin velmi častá. Dovedou se s ní dobře vypořádat, a navíc jim může poskytovat určitou výhodu. Má to i zajímavou souvislost s naším běžným životem – většina rostlinné potravy, kterou jíme, pochází z polyploidních plodin. Například v pšenici se spojily genomy tří různých druhů trav, k čemuž došlo už během jejího šlechtění, aniž by to člověk věděl. Hlavní otázkou mého grantu tedy bylo, zda polyploidizace, tedy proces zdvojení genomu, sama o sobě přináší nějakou výhodu.
A přináší?
Výsledky výzkumu nás překvapily. Nenašli jsme žádnou zázračnou vlastnost, díky které by se polyploid adaptoval lépe než běžný diploid. Ukázalo se ale, že dvojnásobek DNA, který tyto organismy mají, mění mechanismy adaptace na prostředí a množství genetické variability. Zjednodušeně řečeno: neznamená to, že když má rostlina dvakrát tolik genomu, je dvakrát lepší v adaptaci. Ale obzvlášť v době klimatických změn, velkých výkyvů nebo při kolonizaci nového prostředí jim tato zvýšená genetická variabilita může přijít vhod. Říká se tomu „hopeful monster“ (nadějná obluda). Pokud totiž tato polyploidní rostlina změnu prostředí a podmínek „rozchodí“, otevře jí to nečekané okno možností, jak se adaptovat dál.
Vyplynuly vám z toho nějaké další otázky pro váš současný projekt, nebo se v něm vydáváte jinou cestou?
Dopadlo to tak, jak to ve vědě bývá. Výzkum odpoví na jednu otázku, ale pět dalších otevře. Vznik polyploida totiž nepředstavuje jen čistý benefit. Organismus se musí nějak vypořádat s tím, že se mu najednou buňka zvětší a znásobí se genetická informace. Rostlina se musí umět adaptovat na samotnou polyploidii.
Zatímco v první fázi jsme studovali adaptaci prostřednictvím genomové duplikace, v současném projektu se chceme zabývat tím, jakým způsobem se druh vůbec adaptuje na tuto změnu. Hlavní otázka nového projektu proto zní: Jak moc se evoluce v genomu opakuje a zda existují nějaké geny predisponované k tomu, aby je přírodní selekce využívala opakovaně. Zní to jako akademická otázka, ale pokud objevíme nějaké adaptivní hotspoty v rostlinné DNA, budeme schopni lépe predikovat, jakými změnami může evoluce probíhat. Na takové geny se pak může zaměřit i aplikovaný výzkum třeba v oblasti šlechtitelství plodin nebo predikce nákaz.
Povede vás toto téma opět do terénu?
I když mě zajímá evoluční biologie, mým primárním zaměřením zůstává botanika. Být venku u kytek je pro mě hrozně důležité. Právě v terénu mě totiž napadají otázky pro další výzkum. Nápad na ten předchozí přišel v Řecku, když jsme tam viděli obrovskou diverzitu tamních kytek, které se zvládly adaptovat na přirozeně jedovaté hadcové půdy .
Přírodu využíváme jako takovou laboratoř. Nemusíme čekat mnoho generací na výsledek laboratorního evolučního pokusu. To se dá dělat u kvasinek s krátkým životním cyklem, ale u mnohobuněčných organismů to nelze. Proto chodíme do přírody, kde rovnou sbíráme výsledky experimentu, který pro nás, přeneseně řečeno, příroda sama nachystala.
Do kterých regionů se chystáte tentokrát?
Klíčovou oblastí našeho výzkumu je střední Evropa, která je logisticky nejdostupnější, Alpy a pak Balkánský poloostrov. Tam jsme začali studovat modelové skupiny rostlin už v předchozím grantu, který se zaměřoval na adaptaci na extrémní půdy. Balkán je centrum diverzity, a to nejenom rostlin, přitom jde o málo prozkoumanou oblast. Můžeme tam objevit opravdu nečekané věci, včetně nových dosud nepopsaných druhů nebo různě zvláštně přizpůsobených populací.
Rostliny si pak dovezete sem na fakultu, abyste je mohli pěstovat a studovat, nebo s nimi pracujete jen v terénu?
Kromě vysušených vzorků listů si někdy vozíme i semena. To je obrovská výhoda botaniky oproti zoologii, protože si můžeme udělat semennou banku. Semínka dáme na pár let do lednice, a když nám přijdou grantové peníze nebo nastane správný čas, vysadíme je a začneme s pokusem. Pěstujeme je hlavně v růstových komorách, což si můžete představit jako obrovskou lednici s poličkami, kde můžeme podle potřeby měnit osvětlení, teplotu i zálivku. V přísně kontrolovaných podmínkách pak můžeme studovat i tak citlivé procesy, jako je exprese genů na úrovni RNA.
Když převážíte semena přes hranice, musíte splňovat nějaká přísná pravidla?
Je to čím dál těžší. Upřímně, tato administrativa nás začíná čím dál víc drtit. Jsou za tím dobře míněné ideje, například Nagojský protokol, který má chránit státy před zneužíváním komerčních výsledků výzkumu a genetického materiálu. Ale my děláme čistě primární výzkum, nekomerční. Měl bych mnohem snazší život, kdybych studoval jen nechráněné druhy v České republice, ale to bychom neprozkoumali tu obrovskou diverzitu, která na jihu Evropy je. Klíčovou pomocí jsou pro nás místní spolupracovníci, s nimiž plánujeme terény, sdílíme výsledky a řešíme i ta povolení.
Zmiňoval jste Balkán a střední Evropu. Je ještě jiná oblast, kam byste se rád vydal?
Určitě Turecko a Kavkaz. To je kolébka druhů, které k nám přes Balkán přicházejí. V Turecku jsem opakovaně byl jako turista a sledoval tu naprosto úžasnou diverzitu. Já se vlastně ani na dovolené nedokážu odstřihnout – nikdy nejedu jen tak „na výlet“, pořád koukám kolem sebe, co by mohlo být z vědeckého hlediska zajímavé. Stále si takto něco vytipovávám.
Pro evoluční biology jsou také velice zajímavé Andy. Je to výjimečná oblast se zdaleka největší vysokohorskou druhovou diverzitou na světě. Zkoumali jsme tam adaptaci na extrémní horské podmínky. Kolegové se zabývali tím, jakým způsobem v této oblasti druhy vznikaly. Zrovna tam jsme ale příliš velkou roli polyploidie neobjevili.
Když se blíží konec velkého grantu typu ERC, nakolik je pro vědce stresující vědomí odpovědnosti za tým, který díky němu postavil?
Pocit obrovské zodpovědnosti nastoupí už ve chvíli, kdy grant dostanete. S ERC je to o to horší tím, jak se o něm hodně mluví a člověka zviditelní. Máte pocit, že každý od vás teď očekává něco opravdu velkého. Dostane vás to z komfortní zóny.
A co se týče konce grantu? Hlavním důsledkem je, že člověk okamžitě žádá o další, aby skupinu a zkušenosti, které si vybudovala, udržel pohromadě. V týmu máme nejen skvělé postdoktorandy a studenty, ale také špičkové techniky. Ti představují paměť celé skupiny. Znají laboratorní protokoly a umí vypěstovat rostliny, které studujeme. Kdyby odešli, ztratili bychom s nimi obrovskou část našeho know-how. Proto jsem také okamžitě začal žádat o další granty. Jsem vážně rád, že s navazujícím grantem ERC CZ můžeme v práci plynule pokračovat.
Zmiňujete roli techniků, o kterých se ve vědě málokdy mluví. Co přesně mají ve vaší skupině na starosti?
Pro náš tým jsou absolutně zásadní. Postdoci přicházejí, přinášejí nové zkušenosti, ale po čase zase odcházejí. Doktorandi po čtyřech letech také končí – a tak je to správně, měli by jít dál do světa. Kontinuitu a paměť týmu tak tvoří právě technici. Nemáme je tam proto, aby nám myli laboratorní sklo. Účastní se našich porad, designování pokusů, hlídají průběh experimentů, přispívají svými zkušenostmi, pěstují rostliny. Já sice umím kytku najít v přírodě, identifikovat a pak ji usušit na sekvenování DNA, nebo rozřezat žiletkou , ale o pokojovky se u nás doma stará manželka, pěstovat je neumím (smích). A v našem týmu na to mám naše techniky.
Dnes navíc využíváme inovativní metody, kdy nesekvenujeme jen krátké úseky, ale snažíme se izolovat velmi dlouhé, nepoškozené molekuly DNA. Limitací dnešní vědy už často není sekvenovací přístroj, ale schopný technik, který dokáže připravit dostatečně kvalitní vzorek, aby ho stroj vůbec mohl přečíst.
Jak důležitý je pro vás osobně mentoring? Motivujete členy týmu, aby si sami podávali vlastní granty?
Je to jedna z nejdůležitějších věcí, kterou v této fázi kariéry můžu dělat. Pro mě jako vedoucího je vlastně nejlepším znakem úspěchu týmu, když si jeho členové získají vlastní projekty. Nejen kvůli mému komfortu, že nemusím hlídat další rozpočet, ale hlavně pro ně samotné. Nezávislost neznamená, že člověk odejde a už se nebudeme bavit. Znamená to, že má vlastní finance, může pracovat na komplementárních otázkách a převezme část zodpovědnosti. Snažím se k tomu doktorandy a postdoky vést.
Základním poznatkem, který se snažím komunikovat už při přijímacím pohovoru, je fakt, že student by měl už zhruba ve druhém ročníku doktorátu zjistit, že o své konkrétní problematice ví mnohem víc než jeho školitel. S tím se často pojí mírné rozčarování, ale takhle se dělá dobrá věda. Já se od svých studentů nakonec naučím minimálně tolik, co oni ode mě, ne-li víc.
| RNDr. Filip Kolář, Ph.D. |
| Absolvent Jihočeské univerzity, dizertaci na téma Ecological and evolutionary consequences of edaphic differentiation in plant polyploid systems obhajoval na Přírodovědecké fakultě UK. Jako postdoktorand byl dva roky na Univerzitě v Oslo a posléze se jako research fellow podílel na společném výzkumném projektu Univerzity v Oslo a Univerzity v Innsbrucku. V současnosti působí na Přírodovědecké fakultě UK a na Akademii věd ČR. Vede Laboratoř ekologické genomiky rostlin. Zabývá se evoluční rostlinnou diverzitou. V minulosti získal návratový grant UK Primus, v roce 2019 ERC Starting grant a v roce 2023 pak Junior Star od GA ČR. Je také laureátem Ceny Neuron pro mladé nadějné vědce. Letos se ucházel o ERC Consolidator grant. I když jeho projekt Evoluční mechanismy opakované adaptace získal nejvyšší možné hodnocení, kvůli nedostatku peněz v rozpočtu Evropské výzkumné rady nakonec uspěl se svou žádostí až v národním programu ERC CZ, z nějž získal 66,6 milionů korun na pět let výzkumné práce svého týmu. |
