Neke biljke mogu preživjeti mjesecima bez vode, da bi nakon kratkog pljuska ponovo postale zelene. Nedavna studija Univerziteta u Bonnu i Michigenu pokazuje da to nije zbog "čudotvornog gena". Umjesto toga, ova sposobnost je posljedica čitave mreže gena, od kojih su gotovo svi prisutni i u ranjivijim varijantama. Rezultati su se već pojavili na internetu u Plant Journal.
U svojoj studiji, istraživači su pomno pogledali vrstu koja je dugo proučavana na Univerzitetu u Bonu - biljku uskrsnuća Craterostigma plantagineum. Sasvim opravdano nosi svoje ime: u vrijeme suše može se pomisliti da je mrtav. Ali čak i nakon mjeseci suše, malo vode je dovoljno da ga oživi. „U našem institutu već dugi niz godina proučavamo kako biljka to radi“, objašnjava prof. dr. Dorothea Bartels sa Instituta za molekularnu fiziologiju i biotehnologiju biljaka (IMBIO) Univerziteta u Bonu.
Njena interesovanja uključuju geni koji su odgovorni za otpornost na sušu. Postajalo je sve jasnije da ova sposobnost nije rezultat jednog "čudotvornog gena". Umjesto toga, uključen je veliki broj gena, od kojih se većina nalazi i kod vrsta koje se ne nose tako dobro sa sušom.
Biljka ima osam kopija svakog hromozoma
U trenutnoj studiji, Bartelov tim, zajedno sa istraživačima sa Univerziteta Mičigen (SAD), analizirao je kompletan genom Craterostigma plantagineum. A ovo je izgrađeno prilično složeno: dok većina životinja ima dvije kopije svakog hromozoma - jednu od majke, jednu od oca - Craterostigma ima osam. Takav "osmostruki" genom naziva se i oktoploid. Nasuprot tome, mi ljudi smo diploidni.
“Ovakvo umnožavanje genetskih informacija može se primijetiti kod mnogih bilje koji su evoluirali ispod ekstremni uslovi“, kaže Bartels. Ali zašto je to tako? Vjerovatni razlog: ako je gen prisutan u osam kopija umjesto u dvije, u principu se može očitati četiri puta brže. Oktoploidni genom stoga može omogućiti da se velike količine potrebnog proteina proizvode vrlo brzo. Čini se da je ova sposobnost važna i za razvoj otpornost na sušu.
Kod Craterostigme, neki geni povezani sa većom tolerancijom na sušu se još više repliciraju. To uključuje takozvane ELIP-ove – akronim je skraćenica za „proteini koji se induciraju ranim svjetlom“, jer se svjetlom brzo uključuju i štite od oksidativnog stresa. Javljaju se u velikom broju kopija kod svih vrsta otpornih na sušu.
"Craterostigma ima blizu 200-ELIP gena koji su skoro identični i nalaze se u velikim klasterima od deset ili dvadeset kopija na različitim hromozomima", objašnjava Bartels. Biljke koje su tolerantne na sušu stoga mogu vjerovati da se oslanjaju na široku mrežu gena koje mogu brzo regulirati u slučaju suše.
Vrste osjetljive na sušu obično imaju iste gene - iako u manjem broju kopija. To također nije iznenađujuće: sjeme i polen većine biljaka često su u stanju da klijaju nakon dugih perioda bez vode. Tako da imaju i genetski program zaštite od suše. „Međutim, ovaj program se obično isključuje prilikom nicanja i ne može se ponovo aktivirati nakon toga“, objašnjava botaničar. “U biljkama uskrsnuća, nasuprot tome, ostaje aktivan.”
Većina vrsta 'može' tolerirati sušu
Tolerancija na sušu je, dakle, nešto što velika većina biljaka „može“. Geni koji daju ovu sposobnost vjerovatno su se pojavili vrlo rano u toku evolucije. Međutim, ove mreže su efikasnije kod vrsta otpornih na sušu i, štoviše, nisu aktivne samo u određenim fazama životnog ciklusa.
Uz to, ni svaka ćelija u Craterostigma plantagineum nema isti „program suše“. To su pokazali istraživači sa Univerziteta u Dizeldorfu, koji su takođe bili uključeni u studiju. Na primjer, različiti geni mreže suše aktivni su u korijenu tokom isušivanja nego u lišću. Ovo otkriće nije neočekivano: listovi, na primjer, moraju da se zaštite od štetnog djelovanja sunca. U tome im pomažu, na primjer, ELIP. Uz dovoljno vlage, biljka formira fotosintetske pigmente koji barem djelomično apsorbiraju zračenje. Ova prirodna zaštita uglavnom ne uspijeva tokom suše. Koreni, nasuprot tome, ne moraju da brinu o opekotinama od sunca.
Studija poboljšava razumijevanje zašto neki vrste tako malo pate od suše. Dugoročno, to bi stoga moglo doprinijeti uzgoju usjeva kao što su pšenica ili kukuruz koji se bolje nose sa suša. U vrijeme klimatskih promjena, vjerovatno će u budućnosti za njima biti veća potražnja nego ikada.