Některé rostliny mohou přežít měsíce bez vody, aby se po krátkém lijáku znovu zazelenaly. Nedávná studie univerzit v Bonnu a Michiganu ukazuje, že to není způsobeno „zázračným genem“. Tato schopnost je spíše důsledkem celé sítě genů, z nichž téměř všechny jsou přítomny i ve zranitelnějších odrůdách. Výsledky se již objevily online v Plant Journal.
Ve své studii se vědci podrobně podívali na druh, který byl dlouho studován na univerzitě v Bonnu – vzkříšenou rostlinu Craterostigma plantagineum. Svůj název nese zcela oprávněně: V době sucha by si někdo mohl myslet, že je mrtvý. Ale i po měsících sucha stačí k oživení trocha vody. „V našem ústavu jsme již mnoho let studovali, jak to rostlina dělá,“ vysvětluje prof. Dr. Dorothea Bartels z Ústavu molekulární fyziologie a biotechnologie rostlin (IMBIO) na Univerzitě v Bonnu.
Mezi její zájmy patří geny které jsou zodpovědné za odolnost vůči suchu. Bylo stále jasnější, že tato schopnost není výsledkem jediného „zázračného genu“. Místo toho je zapojeno velké množství genů, z nichž většinu najdeme i u druhů, které sucho tak dobře nezvládají.
Rostlina má osm kopií každého chromozomu
V současné studii Bartelův tým spolu s výzkumníky z University of Michigan (USA) analyzoval kompletní genom Craterostigma plantagineum. A to je postaveno poměrně složitě: Zatímco většina zvířat má dvě kopie každého chromozomu – jednu od matky a jednu od otce – Craterostigma jich má osm. Takový „osminásobný“ genom se také nazývá oktoploidní. My lidé jsme naopak diploidní.
„Takové množení genetické informace lze pozorovat u mnoha lidí rostliny které se vyvinuly pod extrémních podmínek“ říká Bartels. Ale proč tomu tak je? Pravděpodobný důvod: Pokud je gen přítomen v osmi kopiích místo ve dvou, lze jej v zásadě přečíst čtyřikrát rychleji. Octoploidní genom tedy umožňuje velmi rychlou produkci velkého množství požadovaného proteinu. Tato schopnost se také zdá být důležitá pro rozvoj odolnost vůči suchu.
U Craterostigma jsou některé geny spojené s větší tolerancí vůči suchu ještě dále replikovány. Patří mezi ně takzvané ELIP – zkratka znamená „proteiny indukovatelné raným světlem“, protože se rychle zapínají světlem a chrání před oxidačním stresem. Vyskytují se ve vysokém počtu kopií u všech druhů odolných vůči suchu.
"Craterostigma má téměř 200 genů ELIP, které jsou téměř identické a nacházejí se ve velkých shlucích deseti nebo dvaceti kopií na různých chromozomech," vysvětluje Bartels. Rostliny odolné vůči suchu tedy mohou pravděpodobně čerpat z rozsáhlé sítě genů, které mohou v případě sucha rychle regulovat.
Druhy citlivé na sucho mají obvykle stejné geny – i když v nižším počtu kopií. To také není překvapivé: semena a pyl většiny rostlin jsou často schopny klíčit i po dlouhých obdobích bez vody. Mají tedy i genetický program na ochranu před suchem. „Tento program se však běžně při klíčení vypíná a nelze jej poté znovu aktivovat,“ vysvětluje botanik. "Naproti tomu v rostlinách vzkříšení zůstává aktivní."
Většina druhů „dokáže“ odolnost vůči suchu
Tolerance sucha je tedy něco, co velká většina rostlin „umí“. Geny, které tuto schopnost propůjčují, se pravděpodobně objevily velmi brzy v průběhu evoluce. Tyto sítě jsou však u suchomilných druhů účinnější a navíc nejsou aktivní pouze v určitých fázích životního cyklu.
To znamená, že ne každá buňka v Craterostigma plantagineum má stejný „program sucha“. Ukázali to vědci z univerzity v Düsseldorfu, kteří se na studii také podíleli. Například jiné geny sítě sucha jsou aktivní v kořenech během vysychání než v listech. Toto zjištění není neočekávané: Listy se například potřebují chránit před škodlivými účinky slunce. Pomáhají jim v tom například ELIPy. Při dostatečné vlhkosti rostlina tvoří fotosyntetické pigmenty, které alespoň částečně pohlcují záření. Tato přirozená ochrana během sucha do značné míry selhává. Kořeny se naopak spálení od slunce bát nemusí.
Studie zlepšuje pochopení toho, proč někteří druh tak málo trpí suchem. V dlouhodobém horizontu by tedy mohl přispět ke šlechtění plodin, jako je pšenice nebo kukuřice, se kterými se lépe vyrovnává sucho. V době klimatických změn bude po nich pravděpodobně v budoucnu větší poptávka než kdy jindy.