Egyes növények hónapokat is túlélnek víz nélkül, de egy rövid felhőszakadás után ismét zöldellnek. A Bonni és a Michigani Egyetem nemrégiben készült tanulmánya szerint ez nem egy „csodagén”-nek köszönhető. Ez a képesség inkább egy egész gének hálózatának a következménye, amelyek szinte mindegyike megtalálható a sérülékenyebb fajtákban is. Az eredmények már megjelentek az interneten ben A Plant Journal.
Vizsgálatuk során a kutatók egy fajt vettek alaposan szemügyre, amelyet régóta tanulmányoztak a Bonni Egyetemen – a Craterostigma plantagineum feltámasztó növényt. Nagyon helyesen viseli a nevét: aszály idején azt hihetnénk, hogy meghalt. Ám a hónapokig tartó aszály után is elég egy kis víz az újraélesztéshez. „Intézményünkben évek óta tanulmányozzuk, hogyan teszi ezt a növény” – magyarázza Prof. Dr. Dorothea Bartels, a Bonni Egyetem Növények Molekuláris Élettani és Biotechnológiai Intézetének (IMBIO) munkatársa.
Érdeklődési köre többek között a gének amelyek felelősek a szárazságtűrésért. Egyre világosabbá vált, hogy ez a képesség nem egyetlen „csodagén” eredménye. Ehelyett nagyon sok gén érintett, amelyek többsége olyan fajokban is megtalálható, amelyek nem bírják olyan jól a szárazságot.
A növény minden kromoszómából nyolc másolatot tartalmaz
A jelenlegi tanulmányban Bartel csapata a Michigani Egyetem (USA) kutatóival együtt elemezte a Craterostigma plantagineum teljes genomját. És ez meglehetősen összetett: Míg a legtöbb állatnak minden kromoszómából két példánya van – egy az anyától, egy az apától –, a Craterostigma esetében nyolc. Az ilyen „nyolcszoros” genomot oktoploidnak is nevezik. Ezzel szemben mi emberek diploidok vagyunk.
„Sokaknál megfigyelhető a genetikai információ ilyen megsokszorozása növények alatt fejlődtek ki extrém körülmények– mondja Bartels. De miért? Valószínű ok: Ha egy gén kettő helyett nyolc példányban van jelen, akkor elvileg négyszer gyorsabban olvasható. Az oktoploid genom ezért lehetővé teszi nagy mennyiségű szükséges fehérje nagyon gyors előállítását. Ez a képesség a fejlődés szempontjából is fontosnak tűnik szárazságtűrés.
A Craterostigmában néhány, a szárazsággal szembeni nagyobb toleranciával kapcsolatos gén még tovább replikálódik. Ide tartoznak az úgynevezett ELIP-ek – a mozaikszó a „korai fényindukálható fehérjék” rövidítése, mivel a fény gyorsan bekapcsol, és megvéd az oxidatív stressztől. Nagy példányszámban fordulnak elő minden szárazságtűrő fajban.
„A Craterostigma közel 200 ELIP gént tartalmaz, amelyek közel azonosak, és nagy, tíz-húsz másolatból álló klaszterekben helyezkednek el különböző kromoszómákon” – magyarázza Bartels. A szárazságtűrő növények ezért feltehetően kiterjedt génhálózatra támaszkodhatnak, amelyet szárazság esetén gyorsan fel tudnak szabályozni.
A szárazságra érzékeny fajok általában ugyanazokkal a génekkel rendelkeznek – igaz, kisebb példányszámban. Ez szintén nem meglepő: a legtöbb növény magja és pollenje gyakran még mindig képes kicsírázni, miután hosszú ideig víz nélkül tartózkodik. Tehát genetikai programjuk is van a szárazság elleni védekezésre. „Ez a program azonban rendszerint ki van kapcsolva csírázáskor, és utána nem lehet újra aktiválni” – magyarázza a botanikus. "A feltámasztó növényekben ezzel szemben aktív marad."
A legtöbb faj szárazságtűrő képességgel rendelkezik
A szárazságtűrés tehát olyan, amire a növények túlnyomó többsége „tud”. Azok a gének, amelyek ezt a képességet biztosítják, valószínűleg az evolúció korai szakaszában jelentek meg. Ezek a hálózatok azonban hatékonyabbak a szárazságtűrő fajok esetében, ráadásul nem csak az életciklus bizonyos szakaszaiban aktívak.
Ennek ellenére a Craterostigma plantagineumban nem minden sejtnek van ugyanaz az „szárazságprogramja”. Ezt mutatták ki a Düsseldorfi Egyetem kutatói, akik szintén részt vettek a vizsgálatban. Például más aszályhálózati gének aktívak a gyökerekben a kiszáradás során, mint a levelekben. Ez a megállapítás nem váratlan: a leveleknek például meg kell védeniük magukat a nap káros hatásaitól. Ebben segítik őket például az ELIP-ek. Elegendő nedvesség esetén a növény fotoszintetikus pigmenteket képez, amelyek legalább részben elnyelik a sugárzást. Ez a természetes védekezés nagyrészt kudarcot vall aszály idején. Ezzel szemben a gyökereknek nem kell aggódniuk a leégéstől.
A tanulmány javítja annak megértését, hogy egyesek miért faj olyan keveset szenvednek a szárazságtól. Hosszú távon tehát hozzájárulhat az olyan termények nemesítéséhez, mint a búza vagy a kukorica, amelyek jobban bírják szárazság. Az éghajlatváltozás idején ezekre valószínűleg nagyobb kereslet lesz a jövőben, mint valaha.