Niektoré rastliny dokážu prežiť mesiace bez vody, aby sa po krátkom lejaku opäť zazelenali. Nedávna štúdia univerzít v Bonne a Michigane ukazuje, že to nie je spôsobené „zázračným génom“. Táto schopnosť je skôr dôsledkom celej siete génov, z ktorých takmer všetky sú prítomné aj v zraniteľnejších odrodách. Výsledky sa už objavili online v The Plant Journal.
Vo svojej štúdii sa vedci podrobne zaoberali druhom, ktorý sa už dlho skúmal na univerzite v Bonne – vzkriesenou rastlinou Craterostigma plantagineum. Svoj názov nesie celkom oprávnene: V čase sucha by si niekto mohol myslieť, že je mŕtvy. No aj po mesiacoch sucha stačí na oživenie trocha vody. „V našom inštitúte už mnoho rokov študujeme, ako to rastlina robí,“ vysvetľuje Prof. Dr. Dorothea Bartels z Ústavu molekulárnej fyziológie a biotechnológie rastlín (IMBIO) na Univerzite v Bonne.
Medzi jej záujmy patrí gény ktoré sú zodpovedné za toleranciu sucha. Bolo čoraz jasnejšie, že táto schopnosť nie je výsledkom jediného „zázračného génu“. Namiesto toho ide o veľké množstvo génov, z ktorých väčšina sa nachádza aj u druhov, ktoré sucho tak dobre nezvládajú.
Rastlina má osem kópií každého chromozómu
V súčasnej štúdii Bartelov tím spolu s výskumníkmi z University of Michigan (USA) analyzovali kompletný genóm Craterostigma plantagineum. A to je pomerne zložité: Zatiaľ čo väčšina zvierat má dve kópie každého chromozómu – jednu od matky a jednu od otca – Craterostigma ich má osem. Takýto „osemnásobný“ genóm sa tiež nazýva oktoploid. My ľudia sme naopak diploidní.
„Takéto množenie genetickej informácie možno pozorovať u mnohých rastliny ktoré sa vyvinuli pod extrémne podmienky“ hovorí Bartels. Ale prečo je to tak? Pravdepodobný dôvod: Ak je gén prítomný v ôsmich kópiách namiesto dvoch, v zásade sa dá prečítať štyrikrát rýchlejšie. Oktoploidný genóm môže teda umožniť veľmi rýchlu produkciu veľkého množstva požadovaného proteínu. Zdá sa, že táto schopnosť je dôležitá aj pre rozvoj tolerancia sucha.
Pri Craterostigme sa niektoré gény spojené s väčšou toleranciou voči suchu ešte viac replikujú. Patria sem takzvané ELIPs - skratka znamená „proteíny indukovateľné skorým svetlom“, pretože sa rýchlo zapínajú svetlom a chránia pred oxidačným stresom. Vyskytujú sa vo vysokom počte kópií u všetkých druhov odolných voči suchu.
"Craterostigma má takmer 200 génov ELIP, ktoré sú takmer identické a nachádzajú sa vo veľkých zhlukoch desiatich alebo dvadsiatich kópií na rôznych chromozómoch," vysvetľuje Bartels. Rastliny odolné voči suchu môžu preto pravdepodobne čerpať z rozsiahlej siete génov, ktoré môžu v prípade sucha rýchlo regulovať.
Druhy citlivé na sucho majú zvyčajne rovnaké gény – aj keď v nižšom počte kópií. To tiež nie je prekvapujúce: semená a peľ väčšiny rastlín sú často schopné klíčiť aj po dlhých obdobiach bez vody. Majú teda aj genetický program na ochranu pred suchom. „Tento program sa však bežne pri klíčení vypína a nie je možné ho potom znova aktivovať,“ vysvetľuje botanik. "Naproti tomu v rastlinách vzkriesenia zostáva aktívny."
Väčšina druhov „dokáže“ odolnosť voči suchu
Tolerancia sucha je teda niečo, čo veľká väčšina rastlín „dokáže“. Gény, ktoré prepožičiavajú túto schopnosť, sa pravdepodobne objavili veľmi skoro v priebehu evolúcie. Tieto siete sú však pri suchomilných druhoch efektívnejšie a navyše nie sú aktívne len v určitých fázach životného cyklu.
To znamená, že nie každá bunka v Craterostigma plantagineum má rovnaký „program sucha“. Ukázali to vedci z univerzity v Düsseldorfe, ktorí sa na štúdii tiež podieľali. Napríklad iné gény siete sucha sú aktívne v koreňoch počas vysychania ako v listoch. Toto zistenie nie je neočakávané: Napríklad listy sa musia chrániť pred škodlivými účinkami slnka. Pomáhajú im v tom napríklad ELIPy. Pri dostatočnej vlhkosti rastlina tvorí fotosyntetické pigmenty, ktoré aspoň čiastočne pohlcujú žiarenie. Táto prirodzená ochrana počas sucha do značnej miery zlyháva. Korene sa naopak nemusia obávať spálenia od slnka.
Štúdia zlepšuje pochopenie toho, prečo niektorí druh tak málo trpí suchom. Z dlhodobého hľadiska by teda mohol prispieť k šľachteniu plodín, ako je pšenica alebo kukurica, s ktorými sa lepšie vyrovnávajú sucho. V časoch klimatických zmien bude po nich v budúcnosti pravdepodobne väčší dopyt ako kedykoľvek predtým.